ES2946793T3 - Dispositivo piezoeléctrico y circuitos - Google Patents

Abstract

La presente descripción proporciona un dispositivo que tiene un circuito. El circuito incluye al menos un convertidor elevador que recibe energía de una fuente de energía, un controlador de onda cuadrada en serie con el convertidor elevador, un inductor en serie con el controlador de onda cuadrada para convertir una onda cuadrada en una onda sinusoidal y un transductor piezoeléctrico en serie con el inductor, el transductor piezoeléctrico conectable a una carga. El dispositivo incluye además un bucle de bloqueo de fase acoplado al circuito para determinar una frecuencia de resonancia del transductor piezoeléctrico cuando el transductor piezoeléctrico está conectado a la carga. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo piezoeléctrico y circuitos

El uso de dispositivos alimentados puede mejorar la eficiencia y la eficacia de los procedimientos en el campo de la odontología, incluyendo procedimientos endodónticos, periodontales y de higiene. Por ejemplo, un dispositivo alimentado que proporciona energía ultrasónica a través de una punta de tratamiento puede dar como resultado una mejor limpieza y desbridamiento de áreas difíciles de alcanzar o partes de dientes que tienen una geometría compleja en estos campos, así como en cirugía oral.

El documento US 2013/0331875 A1 divulga estimaciones de temperatura y detección de tejido de un disector ultrasónico a partir de la monitorización de la respuesta de frecuencia. El circuito comprende un bloqueo de fase para mantener la frecuencia de resonancia para excitar el transductor piezoeléctrico. El documento US 2010/0019833 A1 divulga un circuito generador de voltaje y un dispositivo de diagnóstico ultrasónico.

En varias situaciones puede ser útil proporcionar un dispositivo cableado o inalámbrico para realizar un procedimiento dental o quirúrgico. Los dispositivos utilizados en los campos médico y dental tales como procedimientos endodónticos, periodontales, de higiene y otros procedimientos quirúrgicos, orales o de otro tipo, se realizan tradicionalmente con herramientas manuales o dispositivos alimentados externamente. Ambos son efectivos, pero pueden tener inconvenientes. Por ejemplo, el uso de herramientas manuales puede dar como resultado un procedimiento más largo y causar dolor, incomodidad o fatiga para el médico, paciente, o ambos. Los dispositivos alimentados alivian esos problemas y pueden ser eficaces, pero pueden introducir otras dificultades. Por ejemplo, los dispositivos alimentados con cables pueden ser engorrosos de operar debido a las conexiones de fluido y los cables que añaden un peso considerable al dispositivo. Además, las conexiones de fluido y los cables asociados con el dispositivo alimentado pueden ser difíciles de manipular durante el procedimiento. Durante su uso, se debe tener cuidado para evitar el enredo de los cables, la oclusión de las trayectorias de fluido, o el daño a cualquiera de ellos.

En el campo de la medicina, puede ser útil considerar la seguridad del paciente, el tiempo de procedimiento y la eficacia en el entorno quirúrgico al desarrollar nuevas herramientas y técnicas. Como en el campo dental, los dispositivos alimentados pueden tener ventajas sobre las herramientas manuales alimentadas o no alimentadas, incluida la reducción del tiempo del procedimiento y la provisión de técnicas mínimamente invasivas. Sin embargo, los dispositivos alimentados con corriente pueden tener inconvenientes que incluyen una vida útil insuficiente, mayor peso en comparación con las herramientas manuales y potencia disponible insuficiente. Los dispositivos piezoeléctricos disponibles comercialmente para su uso en procedimientos médicos y dentales pueden incluir circuitos de excitación ineficientes que requieren una mayor potencia de entrada para lograr resultados adecuados. El exceso de energía se disipa como calor u otras pérdidas, lo que potencialmente requiere elementos de circuito grandes o de mayor capacidad nominal, disipadores de calor y un dispositivo de gran tamaño. Los diseños de circuitos de raspadores piezoeléctricos anteriores utilizaban enfoques de conmutación dura y de consumo de energía para obligar a que se produjera la resonancia mecánica en una señal eléctrica definida cerca del punto de resonancia mecánica. Normalmente, la conmutación dura se logró conectando un transformador a la piezocerámica que también estaba conectada a "tierra". Dichos circuitos eléctricos tienen pérdidas ya que la energía de cada pulso carga la carga piezocerámica capacitiva y luego la energía se descarga a tierra. Se pueden encontrar ejemplos de circuitos que emplean conmutación dura para excitar dispositivos ultrasónicos en las patentes de EE.UU. números 3.596.206, 3.651.352, 4.445.063 y 4.168.447.

En otro aspecto adicional, algunos dispositivos inalámbricos anteriores se pueden acoplar a una fuente de fluido. Para proporcionar el fluido al sitio de tratamiento, se puede utilizar una bomba, ya sea remota, o interna, al dispositivo. Las bombas electrónicas internas extraen energía de la fuente de alimentación, que en el caso de una fuente de alimentación de batería puede agotar la batería más rápidamente.

El centro de control de los dispositivos existentes se puede ubicar de forma remota, en cuyo caso, el operador del dispositivo puede necesitar apoyar el dispositivo de forma continua y simultánea y ajustar el sistema de control, lo que puede añadir tiempo y requerir asistencia adicional para completar el procedimiento. También, los dispositivos alimentados con corriente alterna (CA) pueden requerir características tales como protección contra voltajes y corrientes de la línea de alimentación.

Estos y otros problemas también pueden surgir durante el funcionamiento de un dispositivo ultrasónico. Por lo tanto, existe la necesidad de un dispositivo ultrasónico portátil que supere los inconvenientes antes mencionados.

La invención se define en las reivindicaciones.

La presente invención proporciona un dispositivo ultrasónico portátil inalámbrico que tiene un circuito de excitación. El circuito de excitación incluye una fuente de alimentación de corriente continua, al menos un convertidor elevador en serie con la fuente de alimentación, un excitador de onda cuadrada en serie con el convertidor elevador, un condensador y un inductor conectados en serie con el excitador de onda cuadrada para convertir una onda cuadrada en una onda sinusoidal, y un transductor piezoeléctrico en serie con el condensador y el inductor,

siendo el transductor piezoeléctrico conectable a una carga y teniendo una capacitancia, una frecuencia de resonancia mecánica, y un modo de vibración de 3er armónico. El dispositivo incluye además un bucle de bloqueo de fase acoplado al circuito de excitación y configurado para sincronizar el voltaje de excitación con la frecuencia de resonancia del transductor piezoeléctrico cuando el transductor piezoeléctrico está conectado a la carga, un circuito limitador de frecuencia acoplado al bucle de bloqueo de fase y configurado para evitar que el bucle de bloqueo de fase exceda la frecuencia resonante del transductor piezoeléctrico; en donde el condensador y el inductor se seleccionan para tener una frecuencia resonante mayor que la frecuencia de resonancia del transductor piezoeléctrico y menor que el modo de vibración de 3er armónico del transductor piezoeléctrico.

En un aspecto, la fuente de energía es una batería recargable de corriente continua y es parte integral del circuito. En otro aspecto, el condensador en serie con el inductor elimina el componente de CC del transductor piezoeléctrico. En otro aspecto adicional, el circuito incluye además un condensador en paralelo con el transductor piezoeléctrico para suprimir al menos un modo de vibración de 3er armónico del transductor piezoeléctrico. En un aspecto adicional, el circuito incluye además un par de diodos en oposición en serie con el transductor para determinar la fase de la corriente que pasa por el transductor para que pueda ser alimentada al comparador de fase del bucle de bloqueo de fase. En un aspecto, el circuito incluye además un segundo convertidor elevador en serie con la batería de corriente continua. En otro aspecto, la salida del segundo convertidor elevador es una entrada al bucle de bloqueo de fase. En un aspecto adicional, la carga es una punta de tratamiento para uno de entre un procedimiento médico y un procedimiento dental.

En otra realización, la presente divulgación proporciona un dispositivo ultrasónico portátil que incluye un cuerpo de dispositivo que tiene un extremo distal para acoplarse a al menos una punta de tratamiento y un circuito dentro del cuerpo del dispositivo. El circuito incluye, al menos un convertidor elevador, un excitador de onda cuadrada en serie con el convertidor elevador, un inductor en serie con el excitador de onda cuadrada para convertir una onda cuadrada en una onda sinusoidal, y un transductor piezoeléctrico en serie con el inductor. El dispositivo incluye además un bucle de bloqueo de fase en un bucle de retroalimentación. El bucle de bloqueo de fase está acoplado al circuito para determinar una frecuencia de resonancia del transductor piezoeléctrico cuando el transductor piezoeléctrico está conectado a la al menos una punta de tratamiento.

En otro aspecto, el circuito incluye un segundo convertidor elevador en serie con la fuente de energía. En otro aspecto adicional, la salida del segundo convertidor elevador es una entrada al bucle de bloqueo de fase. En otro aspecto más, el dispositivo ultrasónico portátil incluye además una bomba de fluido. En un aspecto adicional, la bomba de fluido es una bomba de infusión elastomérica y una bomba piezoeléctrica.

En un aspecto, el circuito incluye además al menos un diodo en serie con el transductor piezoeléctrico. En otro aspecto adicional, el condensador en serie con el inductor elimina el componente de CC del transductor piezoeléctrico. En un aspecto adicional, la fuente de energía es una batería recargable.

Estos y otros aspectos y ventajas del dispositivo y los circuitos divulgados en el presente documento se entenderán mejor al considerar la descripción detallada de los dibujos.

La figura 1 es una vista en perspectiva de una realización de un dispositivo ultrasónico portátil con una fuente de fluido unida de acuerdo con la presente divulgación;

La figura 2 es una vista despiezada del dispositivo ultrasónico portátil de la figura 1;

la figura 3 es una vista lateral en sección transversal del dispositivo de la Figura 1, tomada a lo largo de la línea 3-3 de la figura 1;

la figura 4 es una vista lateral de una realización de un transductor piezoeléctrico de acuerdo con la presente divulgación;

la figura 5 una vista lateral en sección transversal del transductor piezoeléctrico de la figura 4, tomada a lo largo de la línea 5-5 de la figura 4;

La figura 6 es una ilustración de una realización de los circuitos internos del dispositivo de la figura 1 de acuerdo con la presente divulgación;

la figura 7A es un primer ejemplo esquemático del flujo de corriente a través de los circuitos de la figura 6;

la figura 7B es un segundo ejemplo esquemático del flujo de corriente a través de los circuitos de la figura 6;

la figura 8 es una ilustración de otra realización de los circuitos internos de un dispositivo de acuerdo con la presente divulgación;

la figura 9 es un esquema del flujo de corriente a través de los circuitos del dispositivo dental de la figura 8;

la figura 10 es una vista en perspectiva de un dispositivo dental de acuerdo con la presente divulgación unido a una fuente de fluido remota;

la figura 11 es una vista en perspectiva de un dispositivo dental de acuerdo con la presente divulgación con un suministro de fluido unido conectado a un extremo del dispositivo;

la figura 12 es una vista en perspectiva de un dispositivo dental de acuerdo con la presente divulgación con un suministro de fluido unido;

la figura 13 es una vista lateral en alzado del suministro de fluido de la figura 10;

la figura 14A es una vista en perspectiva de un dispositivo de acuerdo con la presente divulgación que ilustra el flujo de fluido a lo largo de una trayectoria de fluido externa;

la figura 14B es una vista en perspectiva de un dispositivo dental de acuerdo con la presente divulgación que ilustra el flujo de fluido a lo largo de una trayectoria de fluido interna;

la figura 15 es una vista lateral del suministro de fluido de la figura 11 unido a una jeringa;

la figura 16 es una vista en perspectiva del dispositivo de la figura 12 que muestra el suministro de fluido de la figura 13 colocado aparte del dispositivo para su unión al mismo;

la figura 17 es una vista en perspectiva del dispositivo de la figura 12 en uso;

la figura 18 es una vista ampliada de la figura 17 que muestra el dispositivo en uso;

la figura 19 es una vista en perspectiva del dispositivo de la figura 12 en una estación de carga;

la figura 20 es un esquema de una configuración de ejemplo de un circuito de acuerdo con la presente divulgación; la figura 21 es una vista en perspectiva de otra realización de un dispositivo de acuerdo con la presente divulgación; la figura 22 es una vista lateral en sección transversal del dispositivo de la figura 21 tomada a lo largo de la línea 7-7 de la figura 21;

la figura 23 es una vista despiezada del dispositivo ilustrado en la figura 21;

la figura 24 es una vista lateral del dispositivo ilustrado en la figura 21 que muestra una bomba de fluido incorporada al mismo como se indica mediante líneas discontinuas;

la figura 25 es un gráfico de impedancia como una función del ángulo de fase para un transductor piezoeléctrico comercialmente disponible conectado a una punta de tratamiento de higiene dental;

la figura 26 es una ilustración esquemática de un circuito eléctrico equivalente a un transductor piezoeléctrico fuera de la resonancia mecánica; y

la figura 27 es una ilustración esquemática de un circuito eléctrico equivalente a un transductor piezoeléctrico en resonancia mecánica.

Si bien la divulgación del presente documento es detallada y exacta para permitir a los expertos en la materia poner en práctica la divulgación, las realizaciones físicas divulgadas en el presente documento simplemente ejemplifican la divulgación que puede realizarse en otras estructuras específicas. Debe observarse y entenderse que pueden realizarse mejoras y modificaciones de la presente invención descrita anteriormente sin apartarse del alcance de la invención tal como se establece en las reivindicaciones adjuntas.

En un aspecto, la presente divulgación se refiere a un circuito de excitación piezoeléctrico resonante eficiente para cargas capacitivas en dispositivos ultrasónicos piezoeléctricos. El circuito puede mejorar la eficiencia y eficacia general de dichos dispositivos, y la eficiencia y eficacia de los procedimientos médicos o dentales que emplean dichos dispositivos, tales como procedimientos endodónticos, periodontales, de higiene o quirúrgicos, incluyendo, pero sin limitarse a, cirugía ósea y cirugía de tejidos blandos, u otras operaciones que se beneficiarían de un circuito excitador piezoeléctrico resonante capaz de generar una salida mecánica a frecuencias ultrasónicas. La carga capacitiva se puede conectar en serie a un voltaje de excitación a través de un inductor y en paralelo a un condensador. Por otra parte, el circuito puede determinar la frecuencia resonante de un transductor piezoeléctrico acoplado y una punta de tratamiento. En resonancia, las impedancias reactivas se pueden reducir o minimizar, aumentando o maximizando así la transferencia de energía a la punta de tratamiento. Sin embargo, la frecuencia resonante puede variar dependiendo de la punta de tratamiento. De acuerdo con la invención, el circuito está comprendido en un dispositivo ultrasónico portátil que tiene un transductor piezoeléctrico para su uso en una pluralidad de operaciones médicas y dentales. Además, las realizaciones de la presente divulgación pueden proporcionar herramientas ligeras, compactas, inalámbricas o versátiles en comparación con diseños de dispositivos y circuitos anteriores. El circuito descrito puede tener un pequeño impacto físico, requerir menos energía, ser alimentado con una fuente de energía recargable compacta, o una combinación de los mismos. Los circuitos y dispositivos de acuerdo con la presente divulgación pueden ser más eficientes energéticamente y pueden disipar menos energía en forma de calor u otras pérdidas que otros circuitos y dispositivos. Asimismo, un dispositivo de acuerdo con la divulgación puede funcionar con varias puntas de tratamiento conocidas o novedosas. Se contempla que los circuitos de acuerdo con la presente divulgación pueden ser útiles para su inclusión en dispositivos empleados para otros campos, como podrá ser evidente para el experto en la materia.

La figura 1 representa una realización de un dispositivo ultrasónico portátil 10 de acuerdo con la presente divulgación que se describe en el contexto de un dispositivo dental para su uso en procedimientos dentales. Sin embargo, la materia divulgada en el presente documento se puede utilizar en otros dispositivos y procedimientos, como se ha observado. El dispositivo 10 generalmente incluye un cuerpo 20 que tiene un extremo distal 22 y un extremo proximal del mango 24. El extremo proximal 24 puede conectarse a una fuente de alimentación (no se muestra), que puede ser una fuente de energía recargable tal como un supercondensador, un ion de litio, batería de níquel-cadmio o batería similar, una estación de carga (figura 17), o una combinación de baterías y una estación de carga. El extremo distal 22 puede aceptar varias puntas dentales 110 (también denominadas punta de tratamiento, punta quirúrgica, punta de higiene dental, o similar), típicamente a través de accesorios convencionales como roscas. Las puntas adecuadas incluyen geometrías de acero inoxidable endurecido que se conectan al transductor piezoeléctrico a través de conexiones roscadas. Las puntas para la transmisión de energía ultrasónica de acuerdo con la presente divulgación se pueden formar a partir de materiales tales como acero inoxidable, aluminio, cobre, latón, níquel, titanio, materiales compuestos de plástico, o una combinación de los mismos. La parte de la punta utilizada para el tratamiento puede incluir varias características físicas que pueden influir en el efecto de cavitación del dispositivo, como estrías a lo largo de la longitud de la lima, estrechándose desde el extremo proximal al distal de la lima, un borde biselado, o similar. La cavitación puede ser ventajosa para varios tratamientos, ya que la cavitación puede proporcionar una limpieza y desinfección superiores en comparación con otras técnicas de limpieza y desinfección. En algunas realizaciones, la presente divulgación contempla el uso de puntas de tratamiento que pueden crear cavitación dentro de varias áreas de tratamiento, incluidos los conductos radiculares, bolsas periodontales u otros espacios restringidos donde el desplazamiento de dicha punta sería limitado o confinado.

Con referencia a las figuras 1-8, se proporciona al menos parcialmente en el cuerpo 20 una fuente de alimentación 80, un transductor piezoeléctrico 30 y unos circuitos 70 que dirigen y controlan la transmisión de energía desde la fuente de alimentación 80 al transductor 30. Casi todos los transductores piezoeléctricos, también llamados transductores electroestrictivos, tienen la misma construcción general e incluyen un conjunto de pila piezoeléctrica 50, una masa trasera 60 y un cuerno 32. Todo el conjunto es resonante en una frecuencia operativa particular, siendo el conjunto de pila piezoeléctrica 50 solo un pequeño componente del conjunto general. Una vez ensamblado, el transductor ultrasónico piezoeléctrico 30 es resonante en toda su longitud. En algunos casos, esta resonancia puede ser esencial para el correcto funcionamiento. El transductor 30 tiene una forma ventajosa para minimizar su longitud y anchura, mientras mantiene una frecuencia de resonancia mecánica deseable cuando se carga con la punta dental 110 (típicamente aproximadamente 25 kHz a aproximadamente 50 kHz). La longitud total L del transductor 30 puede ser de aproximadamente 40 mm a aproximadamente 60 mm. Sin embargo, la longitud L puede variar para un uso particular o un dispositivo particular en el que se coloca el transductor 30.

El conjunto de pila piezoeléctrica 50 incluye al menos un disco piezoeléctrico 52 que puede incluir cerámica piezoeléctrica u otros materiales tales como titanato de circonato de plomo, titanato de bario, materiales monocristalinos tales como el cuarzo, fosfato de galio y turmalina, o una combinación de los mismos. En el presente ejemplo, los discos piezoeléctricos 52 están contenidos o intercalados entre dos masas traseras de metal 60 y comprimidos por un perno o una serie de pernos a través del centro del conjunto o alrededor del perímetro de las masas 60 para formar un transductor 30 que amplifica el desplazamiento lateral de los discos piezoeléctricos 52. En algunas realizaciones, los materiales piezoeléctricos son los adecuados para aplicaciones acústicas de alta potencia. El resultado es el mismo: compresión de los componentes del transductor 30. El transductor 30 puede tener un diseño de transductor de platillo en el que los discos piezoeléctricos 52 están incluidos dentro de dos placas de metal con forma de platillo que se pueden usar para aumentar el desplazamiento. Alternativamente, el transductor 30 puede tener un diseño Moonie en el que los discos piezoeléctricos 52 se proporcionan entre dos masas traseras de metal 60, definiendo así una cavidad interna en forma de media luna. Estas superficies están en las caras internas del cuerno 32 y la masa trasera 60 en contacto directo con los materiales cerámicos piezoeléctricos.

El conjunto de pila piezoeléctrica 50 tiene un primer lado de pila 54 y un segundo lado de pila 56 e incluye discos piezoeléctricos 52. El transductor normalmente incluye al menos un disco piezoeléctrico 52, tal como entre aproximadamente 2 y aproximadamente 8 discos, dependiendo de la aplicación y las características operativas deseadas. Por ejemplo, dos elementos piezoeléctricos pueden disponerse para proporcionar movimiento aditivo y pueden disponerse de modo que sus caras positivas entren en contacto con un electrodo central aislado del resto del conjunto. Las partes restantes del conjunto, incluido el primer lado de la pila y el segundo lado de la pila, pueden tener un potencial negativo o de tierra y completar el circuito para los polos negativos de los elementos piezoeléctricos. Esta disposición puede asegurar que los elementos piezoeléctricos estén conectados eléctricamente en paralelo y mecánicamente en serie.

La masa trasera 60 ayuda a dirigir la salida de vibración mecánica del conjunto de pila piezoeléctrica 50 hacia el cuerno 32. La masa trasera 60 tiene un primer extremo 64 de masa trasera y un segundo extremo 66 de masa trasera. El primer extremo 64 de masa trasera hace tope con el segundo lado 56 de la pila piezoeléctrica. Adicionalmente, la masa trasera 60 puede incluir un cuerpo sólido que tiene una serie de anillos 62 de diferentes radios. Los diferentes radios permiten que la masa trasera 60 proporcione las características de rendimiento requeridas de una masa trasera de rendimiento similar con un radio uniforme y una longitud más larga. Por lo tanto, la masa trasera 60 disminuye el peso total y la longitud del dispositivo 10. Los materiales adecuados para la masa trasera 60 incluyen acero inoxidable, cobre, latón, wolframio, titanio, aluminio y combinaciones de los mismos.

La masa trasera 60 puede extenderse a través del conjunto de pila piezoeléctrica 50 y cuerno 32. Adicionalmente(o como alternativa), un conector 48 puede acoplarse con el extremo proximal 44 del segundo segmento del cuerno y hacer tope con el segundo extremo 66 de la masa trasera para asegurar el cuerno 32, la pila piezoeléctrica 50 y la masa trasera 60 entre sí.

El cuerno 32 amplifica las vibraciones mecánicas emitidas por el conjunto de pila piezoeléctrica 50. El cuerno 32 puede incluir titanio, acero inoxidable, aluminio u otra aleación metálica adecuada y puede tener un primer segmento de cuerno 34 y un segundo segmento de cuerno 40 junto al primer segmento de cuerno 34. El primer segmento de cuerno 34 tiene un extremo proximal 36 de primer segmento de cuerno y un extremo distal 38 de primer segmento de cuerno. El extremo proximal 36 de primer segmento de cuerno hace tope sustancialmente con el primer lado 54 de la pila piezoeléctrica. El primer segmento de cuerno 34 es sustancialmente troncocónico y se estrecha desde el extremo proximal 36 de primer segmento de cuerno hacia el extremo distal 38 de primer segmento de cuerno. El primer segmento de cuerno 34 cónico promueve la amplificación de la energía ultrasónica hacia el extremo distal 38 del primer segmento de cuerno. El extremo distal 38 de primer segmento de cuerno puede incluir roscas 12, o una conexión rápida (no mostrada), que se conecta de forma segura y que es recibido por la punta dental 110.

Se contemplan formas de cuerno adicionales o alternativas en donde se puede lograr una amplificación satisfactoria de la energía ultrasónica. Por ejemplo, en el presente documento se describen diseños de cuerno que obviarían la necesidad de que la punta de tratamiento contuviera un contraángulo. En un ejemplo, una forma de cuerno incluye un eje predoblado que tiene una curvatura de entre aproximadamente 50 grados y aproximadamente 90 grados con roscas macho. Otro diseño incluye un corte angular y roscas hembra en el extremo distal del cuerno para permitir la unión de la punta. Asimismo, el segundo segmento de cuerno 40 puede incluir un extremo distal 42 de segundo segmento de cuerno, contiguo al extremo proximal 36 de primer segmento de cuerno, y un extremo proximal 44 de segundo segmento de cuerno. El segundo segmento de cuerno 40 puede ser sustancialmente cilíndrico.

Cuando un material piezoeléctrico se corta y monta correctamente para crear un transductor, se puede hacer que distorsione en un campo eléctrico (electroestricción o piezoelectricidad inversa) aplicando un voltaje a un electrodo cerca o sobre el cristal. Al aplicar voltaje, los discos piezoeléctricos 52 experimentan cambios morfológicos, convirtiendo de este modo los pulsos eléctricos en una salida de vibración mecánica a través de la punta dental 110.

Además de la resonancia mecánica, el transductor piezoeléctrico 30 puede ser principalmente de naturaleza capacitiva porque los elementos piezoeléctricos en el transductor están dispuestos entre electrodos y los elementos piezoeléctricos sirven como dieléctrico, formando así un condensador. En resonancia, el transductor piezoeléctrico 30 se puede modelar como un circuito equivalente eléctrico que se comporta como un circuito compuesto por un inductor, condensador y resistencia con una frecuencia resonante precisa (figura 27). Cuando se elimina el campo, el cristal generará un campo eléctrico a medida que vuelve a su forma anterior, y esto puede generar un voltaje. El circuito eléctrico equivalente del transductor piezoeléctrico describe el cambio en las propiedades mecánicas, tal como deformación elástica, masa efectiva (inercia), y pérdidas mecánicas resultantes de la fricción interna. Sin embargo, esta descripción del transductor piezoeléctrico solo puede usarse para frecuencias cercanas a la resonancia mecánica intrínseca. Al cambiar las dimensiones y los contornos de las masas del transductor, o al cambiar la forma en que se carga el transductor, la frecuencia de funcionamiento junto con las características eléctricas y acústicas se pueden personalizar para aplicaciones específicas.

Se puede lograr una amplificación y eficiencia mecánica adicionales del transductor usando técnicas conocidas, tal como cambiar las caras internas de las masas que contactan los elementos piezoeléctricos para ayudar a propagar ondas ultrasónicas a través de las masas. Las cavidades poco profundas en las superficies internas de las masas pueden crear un transformador mecánico, por lo que una parte del movimiento radial de los elementos excitadores cerámicos es transferida y amplificada por las placas metálicas en dirección axial.

Con referencia de nuevo a al menos las figuras 1-3, el cuerpo 20 puede soportar una fuente de fluido interna (no mostrada) o externa 92, mostrada acoplada al cuerpo 20 a través de un puerto o conector 94 que puede incluir roscas, un accesorio luer, una función de conexión rápida o cualquier otra función de unión adecuada. El transductor 30 puede incluir un canal pasante 46 (figura 14B) que se extiende a través del primer segmento de cuerno 34 y el segundo segmento de cuerno 40. La figura 3 ilustra adicionalmente la conexión de la línea interna de fluido 90 desde el conector 94 hacia o a través del transductor piezoeléctrico 30. El fluido puede fluir desde el suministro de fluido 92 (véase la figura 2) a través del interior del dispositivo 10 a través de la línea de fluido interna 90 y el cuerno a través del canal 46 y hacia afuera a través de la punta dental 110. Se describen otras configuraciones de fluidos a continuación.

Los circuitos 70 antes mencionados confieren ventajas particulares a los dispositivos de acuerdo con la divulgación. Los circuitos 70 generalmente incluyen un convertidor elevador 68, un comparador de fase 72, un filtro de paso bajo 76, un oscilador controlado por voltaje ("VCO") 74 y una red de retroalimentación 78. Los circuitos electrónicos 70 pueden excitar el transductor 30 en su resonancia mecánica. Las figuras 7A y 7B muestran un diagrama de flujo de una trayectoria eléctrica potencial a través del dispositivo 10. La figura 7B incorpora símbolos esquemáticos para el comparador de fase 72, un filtro de paso bajo 76 y el VCO 74. Los circuitos 70 también pueden incluir la fuente de alimentación 80, mostrada en este caso como una fuente de alimentación de CC. La fuente de alimentación puede incluir al menos una batería. En una realización, la batería es una batería de iones de litio de una sola celda con una capacidad de energía de aproximadamente 2 a aproximadamente 10 vatios-hora y es capaz de suministrar una corriente de salida de entre aproximadamente 0,5 A y aproximadamente 3 A durante el funcionamiento. Adicionalmente, se contempla que la al menos una batería pueda ser recargable ya sea por carga de contacto eléctrico directo, carga por inducción, o una combinación de las mismas (véase la figura 19). Asimismo, los circuitos 70 o 170 pueden incluir uno o más componentes de protección 75 tal como uno o más inductores, uno o más diodos, o una combinación de los mismos.

De acuerdo con la invención, los circuitos 70 incluyen un circuito tanque LC o un resonador eléctrico LC. En general, un circuito tanque LC tiene un filtro selectivo de frecuencia que incluye un inductor (L) y un condensador (C) conectados entre sí. El circuito tanque LC que se muestra y describe en el presente documento excita de manera más eficiente el transductor piezoeléctrico. El circuito puede ajustarse automáticamente para excitar el transductor en su resonancia mecánica. La carga fluye de un lado a otro entre las placas del condensador a través del inductor, por lo que el circuito sintonizado puede almacenar energía eléctrica oscilando a su frecuencia resonante. Hay pequeñas pérdidas en el circuito "tanque" (es decir, LC), pero el amplificador alimentado por la señal del VCO compensa esas pérdidas y suministra la potencia para la señal de salida para compensar las pérdidas eléctricas y mecánicas del sistema. Esta combinación y disposición de los elementos del circuito da como resultado un circuito electrónico de bajo consumo de energía. Al excitar el transductor a la resonancia o cerca de ella y al utilizar el inductor en serie, se pueden minimizar las pérdidas de excitación del circuito. Además, el sistema puede tener una "Q" alta. Por ejemplo, uno de esos diseños de circuito es capaz de generar una excitación con una "Q" de aproximadamente 5 a aproximadamente 20. En este caso Q = Ganancia (G) = aproximadamente 5 a aproximadamente 20. Por lo tanto, se requiere aproximadamente 1/5 a aproximadamente 1/20 de la potencia para que un raspador piezoeléctrico de acuerdo con la presente divulgación produzca la misma salida de trabajo de un diseño que incluye conmutación dura.

De acuerdo con la invención, los elementos del circuito del inductor y el condensador se seleccionan de modo que su frecuencia de resonancia sea mayor que la de la resonancia mecánica del transductor piezoeléctrico, pero inferior a la de la resonancia mecánica de 3er armónico del transductor piezoeléctrico. Si la resonancia mecánica de 3er armónico (o armónicos de orden superior) no se filtra adecuadamente mediante la combinación de Lser y Cpar, oscilaciones de 3er armónico pueden llegar a ser dominantes en la forma de onda de excitación y producir una salida mecánica no útil e improductiva en el transductor piezoeléctrico. Para dispositivos piezoeléctricos dentales y médicos, la frecuencia de resonancia del circuito tanque LC añadido puede estar en el intervalo de aproximadamente 60 kHz a aproximadamente 120 kHz. Por otra parte, la capacitancia se puede seleccionar de modo que sea mayor que la capacitancia en paralelo del transductor piezoeléctrico que no está en resonancia. En un ejemplo, un elemento de disco cerámico piezoeléctrico de 10 mm de diámetro exterior x 5 mm de diámetro interior x 2 mm de altura tiene un valor de capacitancia de aproximadamente 300 pF. Un transductor piezoeléctrico que incorpore una pila de 4 cristales piezoeléctricos tendría un valor aproximado de aproximadamente 1,2 nF, por lo que un valor de capacitancia adecuado sería de aproximadamente 4,7 nF. Estos parámetros pueden restringir el valor de inductancia permitido entre aproximadamente 0,37 mH y aproximadamente 1,5 mH, proporcionando una frecuencia de resonancia en los intervalos especificados anteriormente.

La figura 8 es una ilustración de ejemplo de una realización 170 de los circuitos del dispositivo 10. En este caso, los circuitos 170 incluyen un inversor 172 y un divisor de frecuencia 174. Los elementos de circuito adicionales pueden proporcionar la capacidad de regular tanto el voltaje de entrada como el de salida.

La figura 9 ilustra un esquema general que ilustra un flujo potencial de corriente a través del dispositivo 10 según la realización que incorpora los circuitos 170 ilustrados en la figura 8. En este caso, la corriente fluye desde la fuente de alimentación 80 hasta el inversor 172. Preferiblemente, el voltaje aplicado se entrega en forma de onda sinusoidal o de impulso en el rango de megahercios. El inversor 172 invierte de este modo la corriente continua entrante desde la batería 80 para lograr esto.

El suministro de energía a una frecuencia en el rango de megahercios puede ser más eficiente y permitir el uso de componentes eléctricos más pequeños en comparación con el uso de otras frecuencias. Sin embargo, puede ser útil operar un dispositivo o circuito de acuerdo con la presente divulgación a una frecuencia operativa alternativa o adicional. En un aspecto, la corriente puede pasar a través del divisor de frecuencia 174 para alterar la señal de entrada y emitir una frecuencia de señal que es una fracción de la frecuencia de la señal de entrada. En un aspecto, la señal de salida puede estar en el rango de kilohercios. En otro aspecto, la señal de salida se puede seleccionar para proporcionar una frecuencia operativa que coincida con la resonancia mecánica del transductor cuando está cargado. Por otra parte, se contempla que la corriente pueda fluir primero desde una fuente de corriente alterna 118, a través de un transformador, rectificador, filtro y regulador (colectivamente 120) para recargar al menos una batería 80.

Adicionalmente, cabe señalar que también se contemplan trayectorias de corriente alternativas capaces de lograr las características de operación descritas en el presente documento. Por ejemplo, la corriente también puede fluir hacia o desde un interruptor, un dispositivo de control, o una combinación de los mismos, colocado en algún lugar a lo largo de la trayectoria de la corriente, cuya ubicación puede basarse en la optimización de los componentes de los circuitos 70 y del transductor 30.

La figura 20 es una ilustración de la configuración 200 de los circuitos 70 del dispositivo 10, de acuerdo con la presente invención. Los circuitos del dispositivo 10 en esta configuración alternativa 200 incluyen una batería 202 conectada entre una tierra 242a y un primer convertidor elevador 204 y un segundo convertidor elevador 206. El primer convertidor elevador 204 está conectado a una primera tierra 242b y el segundo convertidor elevador 206 está conectado a una segunda tierra 242. La salida del primer convertidor elevador 204 está entre aproximadamente 20 V y aproximadamente 200 V y conduce a un excitador de onda cuadrada 208. La salida del segundo convertidor elevador 206 es de aproximadamente 5 V y proporciona energía a un bucle de bloqueo de fase (PLL) 238. El excitador de onda cuadrada 208, que genera una salida de onda cuadrada de alto voltaje 209, está en serie con un condensador 210 y un inductor 212. El inductor 212 convierte la salida de onda cuadrada 209 en una salida de onda sinusoidal 213.

La combinación del condensador 210 y el inductor 212 está conectada en serie con un transductor piezoeléctrico 218. El condensador 210 puede eliminar el componente de CC del transductor piezoeléctrico 218. El transductor piezoeléctrico 218 está conectado en serie con un primer diodo 220 y un segundo diodo 222. El primer diodo 220 y un segundo diodo 222 pueden ser diodos Schottky. El primer diodo 220 y el segundo diodo 222 están conectados en paralelo entre sí y están conectados a las respectivas tierras 242f y 242g. La unión del transductor piezoeléctrico 218, el primer diodo 220, y el segundo diodo 222 es una entrada a un comparador de voltaje 224, siendo la otra entrada al comparador de voltaje 224 una tierra 242h.

La salida del comparador de voltaje 224, que puede indicar la dirección y la fase de la corriente en el circuito 200, es una entrada al comparador de fase (en PLL 238). La salida del comparador de fase va al filtro de paso bajo que incluye la resistencia 234 y el condensador 236 que alimenta un oscilador controlado por voltaje (VCO) 240. El ^p L^l 238 incluye la combinación del comparador de fase, filtro de paso bajo y VCO 240. La salida del oscilador controlado por voltaje 240 es otra entrada al comparador de fase 238 y también es una entrada al excitador de onda cuadrada 208. El bloque 244 incluye un circuito limitador de frecuencia. Si una perturbación hace que la frecuencia del sistema exceda la frecuencia resonante del cristal, la fase puede cambiarse y el PLL 238 puede alcanzar un carril superior. Esto se puede detectar monitoreando el voltaje en el filtro de paso bajo. Si el voltaje se acerca al carril superior, el voltaje puede regresar momentáneamente a tierra (la frecuencia operativa más baja) y liberarse para que el PLL 238 pueda volver a adquirir el bloqueo de frecuencia en el cristal. También se pueden usar otros posibles limitadores, tal como un comparador con redes de retroalimentación apropiadas.

El bucle de bloqueo de fase sincroniza el voltaje de excitación con la fase de la corriente a través de la cerámica. El PLL 238 detecta dónde la impedancia es la más baja o dónde la fase cruza cero (es decir, dónde los elementos reactivos (condensador e inductor) se convierten eléctricamente en un cortocircuito y la fase entre las formas de onda de entrada y salida es un cambio de fase cero).

El transductor piezoeléctrico 218 opera a una frecuencia de resonancia descargada más alta, pero cuando se carga con una punta quirúrgica o de tratamiento, opera dentro del intervalo de aproximadamente 25 kHz a aproximadamente 50 kHz. La punta quirúrgica o de tratamiento puede ser cualquier punta diseñada para la transmisión de energía ultrasónica cuando se acopla a un dispositivo piezoeléctrico. Por ejemplo, una punta de tratamiento adecuada puede incluir cualquier punta para su uso con los dispositivos raspadores dentales actuales. En un aspecto, una punta de tratamiento puede ser una punta ultrasónica flexible, que se puede doblar o rígida para permitir que un usuario defina el contraángulo y aún así proporcionar una transferencia de energía adecuada. Los circuitos de acuerdo con la presente divulgación pueden omitir un circuito de alisado, ya que la combinación del condensador 210 y el inductor 212 puede crear la señal de salida 213 de excitación sinusoidal. Puede ser útil proporcionar una excitación sinusoidal para reducir la tasa de desgaste de una punta de tratamiento, mejorar la comodidad del paciente, o una combinación de los mismos.

Las figuras 10-12 ilustran realizaciones adicionales de suministro de fluido. La figura 10 muestra una fuente de fluido remota 82 y una línea de fluido externa 84. La línea de fluido externa 84 se puede asegurar de manera extraíble al dispositivo 10 por medio de clips 86 u otros métodos de fijación adecuados. Volviendo a la figura 14A, el fluido 112 fluye desde la fuente remota de fluido 82, a través de la línea de fluido externa 84, al sitio del procedimiento o bien a través del interior de la punta dental 110 como se muestra en este caso o bien a lo largo del exterior de la punta dental 110. También se contemplan métodos adicionales o alternativos de suministro de fluido. Por ejemplo, el fluido puede viajar inicialmente a través de un orificio externo de una punta de tratamiento antes de fluir hacia el exterior de la punta de tratamiento para fluir a lo largo de una superficie exterior de la misma.

La figura 11 ilustra un suministro de fluido colineal 88, que puede ser una bomba elastomérica, unida de manera extraíble al extremo del dispositivo opuesto a la punta dental 110. Se puede ubicar una entrada de fluido (no mostrada) frente a la ubicación de unión al dispositivo 10 para permitir el llenado del suministro de fluido colineal 88 mientras está unido al dispositivo 10. El fluido 112 puede fluir fuera del dispositivo 10 (véase la figura 14A) o puede fluir a través del dispositivo 10 a través de una línea de fluido interna 90 y el canal pasante 46 (véase la figura 14B) y salir a través de la punta dental 110. Adicionalmente, el interruptor de alimentación 130 se muestra colocado en el cuerpo 20 del dispositivo 10 en esta realización.

La figura 12 muestra una fuente de fluido 92 montada radialmente que puede incluir una fuente de fluido no alimentada 100 rellenable. Como ejemplo no limitativo, la fuente de fluido no alimentada que se muestra en este caso es una bomba elastomérica. Sin embargo, se contempla cualquier dispositivo capaz de utilizar energía potencial para expulsar líquido de su interior por la naturaleza de la elasticidad del material del recipiente. La bomba elastomérica 100 incluye una entrada 102, una cámara elastomérica 104 y una salida 106 (véase la figura 13). La entrada 102 puede configurarse para recibir una jeringa 122 (véase la figura 15) y puede incluir una válvula unidireccional. La salida 106 también puede incluir una válvula unidireccional y puede unirse de manera extraíble y conectarse operativamente a la línea de fluido interna 90 a través de un conector 94 ubicado en la periferia del dispositivo 10.

La fuente de fluido no alimentada 100 promueve un caudal constante del fluido 112 mediante el gasto de energía potencial almacenada en una cámara elastomérica 104 llena. El fluido 112 puede suministrarse al dispositivo 10 y a través del mismo sin necesidad de electricidad y separado de la fuente de alimentación y la pila piezoeléctrica, lo que reduce la demanda total de electricidad del dispositivo 10.

La figura 14B ilustra la trayectoria de flujo del fluido desde la fuente de fluido 92 montada radialmente a través del dispositivo 10. El fluido puede incluir cualquier número de soluciones dentales, incluyendo agua, solución salina, blanqueador, CHX, EDTa , Listerine, Peridex y otras soluciones comúnmente utilizadas en profilaxis y otros procedimientos dentales. En primer lugar, el fluido 112 sale por la salida 106 de la bomba de infusión elastomérica 100 y viaja a través de la línea de fluido interna 90. La línea de fluido interna 90 puede conectarse operativamente o extenderse a través del transductor a través del canal 46. A continuación, el fluido 112 fluye a través de la punta dental 110 conectada y sale al sitio del procedimiento.

Las figuras 15-18 muestran el funcionamiento del dispositivo 10. En la figura 15, la fuente de fluido 100 se llena con una jeringa 122. La interfaz entre la jeringa 122 y la fuente de fluido 100 se puede lograr por medio de un accesorio luer lock o de cualquier forma conocida en la técnica.

La figura 16 ilustra la unión de la bomba de infusión elastomérica 100 al dispositivo 10. En esta interfaz también se puede utilizar un accesorio luer lock o un accesorio similar.

Como se muestra en la figura 17, el dispositivo 10 se muestra en la mano de un operador 114 con la punta dental 110 ubicada en o cerca del sitio del procedimiento. La figura 18 ilustra además el funcionamiento mecánico del transductor 30 y la punta dental 110. El voltaje preferido aplicado a la pila piezoeléctrica 50 es de aproximadamente 100 V a aproximadamente 800 V pico a pico. Las vibraciones creadas por el movimiento lineal de la pila piezoeléctrica 50 son transportadas a través del cuerno 32 y hacia la punta dental 110 dando como resultado un movimiento oscilatorio. El fluido 112 entra en el sitio del procedimiento, por ejemplo, a través de la punta dental 110.

La figura 19 ejemplifica una estación de carga 116 que se puede enchufar en cualquier salida de A/C estándar (por ejemplo, 120V o 240V) para recargar la fuente de alimentación 80. La fuente de alimentación se puede recargar alternativamente mediante carga por contacto eléctrico directo o mediante carga por inducción.

Otra configuración del dispositivo 10 se muestra en las figuras 21-24. La figura 21 ilustra una vista en perspectiva de un dispositivo 300. El dispositivo 300 tiene un cuerpo 302 que tiene un extremo distal 304 y un extremo proximal 306, un botón de activación 308 y una punta quirúrgica o de tratamiento 310.

Como se muestra en la figura 22, el cuerpo del dispositivo 302 soporta los circuitos 312 y la fuente de energía recargable 313 en el extremo proximal 306 del dispositivo 300. Los circuitos 312 pueden ser similares o idénticos a los circuitos 200 que se muestran en la figura 20. La fuente de energía recargable puede ser una batería de CC, un supercondensador, una batería recargable, batería de ion de litio, similares, o combinaciones de los mismos. En un aspecto, la fuente de energía recargable puede combinarse u omitirse en lugar de cualquier otra fuente de energía conocida en la técnica. En una realización, la fuente de energía recargable se puede omitir del dispositivo, por ejemplo, en el caso de un dispositivo con cable que está conectado eléctricamente a una fuente de energía externa, tal como una batería externa o una toma de corriente del edificio. En algunas realizaciones, el cuerpo 302 puede soportar un transductor piezoeléctrico 314 en el extremo distal 304 del dispositivo 300. El transductor piezoeléctrico 314 puede ser similar o idéntico al transductor piezoeléctrico 30 que se muestra en la figura 5.

La figura 23 muestra el cuerpo 302 que incluye una pluralidad de secciones, por ejemplo, las cinco secciones 302A, 302B, 302C, 302D y 302E que se pueden encajar usando clips 316 o unir con tornillos. Las secciones están configuradas para albergar los circuitos 312, la batería 313 y el transductor piezoeléctrico 314 de modo que los circuitos 312 y la batería 313 estén firmemente en su lugar y el transductor piezoeléctrico 314 tenga libertad para moverse según sea necesario.

Volviendo a la figura 24, la bomba de fluido 318 puede ser, p. ej., una bomba de infusión elastomérica o una bomba piezoeléctrica del tipo disponible de Dolomite Microfluidics, CurieJet, Schwarzer Precision, Takasago Fluidic Systems y Bartels Mikrotechnik. Sin embargo, se contemplan otras bombas piezoeléctricas que cumplen con los requisitos de potencia, de tamaño y de caudal del dispositivo. En una realización, una bomba piezoeléctrica puede proporcionar caudales de suministro de fluido y de irrigación de aproximadamente 0,01 ml a aproximadamente 20 ml por minuto y consumir menos de aproximadamente 500 mW de energía durante el funcionamiento. En otra realización, una bomba piezoeléctrica puede proporcionar caudales de suministro de fluido y de irrigación de aproximadamente 2 ml a aproximadamente 10 ml por minuto. La bomba de fluido 318 se puede configurar para bombear un fluido, tal como agua, a través del dispositivo 300 a través de la línea de fluido 320. El fluido puede fluir a través de la línea de fluido 320 y el transductor piezoeléctrico 314 y la punta 310. En otras configuraciones, la bomba de fluido 318 no está incorporada en el dispositivo 300 y puede acoplarse al dispositivo 300 o ser parcial o completamente externa y conectarse al dispositivo a través de una línea de fluido separada. Independientemente de la trayectoria del fluido, el dispositivo 300 puede incorporar materiales que sean compatibles con los irrigantes antes mencionados y puede requerir un procesamiento adicional de las partes metálicas para garantizar la confiabilidad del dispositivo 300.

El dispositivo 300 se puede controlar mediante un pedal con cable o inalámbrico, una unidad de control central que opera de forma inalámbrica con el dispositivo portátil, o por otro medio similar para controlar las operaciones de encendido y apagado del dispositivo 300, ajuste de potencia (en otras palabras, voltaje aplicado a la cerámica piezoeléctrica) y caudales de entrega de fluido comúnmente observados en unidades de sobremesa conectadas.

Ejemplos

Con referencia a la figura 25, un dispositivo de ejemplo de acuerdo con la presente divulgación que tiene un circuito como se muestra en la figura 20 se cargó con una punta de tratamiento. La punta de tratamiento era una punta de raspado de higiene dental ultrasónica diseñada para eliminar la placa dental y la acumulación de sarro, y estaba acoplada de forma segura al cabezal del transductor dental ultrasónico con una llave dinamométrica. A continuación, los cables de la pieza de mano ultrasónica se conectaron a un analizador de impedancia para obtener parámetros del circuito eléctricamente equivalentes y características relacionadas con la resonancia mecánica del sistema acoplado de pieza de mano y de punta de tratamiento. Los espectros de impedancia y fase fueron recolectados por un analizador de impedancia Bandera PV70A diseñado para recolectar datos de transductores ultrasónicos de alta potencia. La frecuencia resonante (Fs) se determinó en 27.536 Hz al identificar dónde la impedancia es un mínimo local y la fase es cero. Otros parámetros relacionados con el presente ejemplo se muestran en la Tabla 1 a continuación. Basado en los valores medidos para Ct y Fs, Los parámetros adecuados para el condensador paralelo y el inductor en serie son los siguientes: Cpar = 4,7 nF y Lser estaría entre aproximadamente 1,0 mH y aproximadamente 5,25 mH para garantizar que la frecuencia de resonancia Lser+Cpar combinada sea mayor que la resonancia mecánica del transductor, pero inferior que la resonancia mecánica de 3er armónico (es decir, 27.536 Hz y 82.608 Hz, respectivamente).

Tabla 1:

La terminología usada en el presente documento es para el propósito de describir solo realizaciones particulares y no se pretende que sea limitante de la divulgación. Como se usa en el presente documento, las formas en singular "un", "una", "el" y "la" tienen la intención de incluir las formas plurales también, a menos que el contexto indique claramente lo contrario. Se entenderá, además, que los términos "comprende" y/o "que comprende", cuando se utilizan en esta memoria descriptiva, especifican la presencia de características establecidas, elementos integrantes, etapas, operaciones, elementos y/o componentes, pero no descartan la presencia o adición de una o más de otras características, elementos integrantes, etapas, operaciones, elementos, componentes y/o grupos de estos.

La descripción de la presente divulgación se ha presentado para fines de ilustración y descripción, pero no pretende ser exhaustiva o limitada a la divulgación en la forma divulgada. Debe observarse y entenderse que pueden realizarse mejoras y modificaciones de la presente invención descrita anteriormente sin apartarse del alcance de la invención tal como se establece en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Un dispositivo ultrasónico portátil inalámbrico, que comprende: un circuito de excitación (200), que comprende:

una fuente de alimentación de corriente continua (80);

al menos un convertidor elevador (204) en serie con la fuente de alimentación;

un excitador de onda cuadrada (208) en serie con el convertidor elevador (204);

un condensador (210) y un inductor (212) conectados en serie con el excitador de onda cuadrada (208) para convertir una onda cuadrada en una onda sinusoidal; y

un transductor piezoeléctrico (218) en serie con el condensador (210) y el inductor (212), siendo el transductor piezoeléctrico (218) conectable a una carga y teniendo una capacitancia, una frecuencia de resonancia y un modo de vibración de 3er armónico;

un bucle de bloqueo de fase (238) acoplado al circuito de excitación y configurado para sincronizar el voltaje de excitación con la frecuencia de resonancia del transductor piezoeléctrico (218) cuando el transductor piezoeléctrico (218) está conectado a la carga; y

un circuito limitador de frecuencia (244) acoplado al bucle de bloqueo de fase (238) y configurado para evitar que el bucle de bloqueo de fase (238) exceda la frecuencia resonante del transductor piezoeléctrico (218);

en donde el condensador y el inductor se seleccionan para tener una frecuencia de resonancia mayor que la frecuencia de resonancia del transductor piezoeléctrico y menor que el modo de vibración de 3er armónico del transductor piezoeléctrico.

2. El dispositivo de la reivindicación 1, en donde el condensador y el inductor están configurados para almacenar energía eléctrica que oscila a la frecuencia resonante del transductor, disminuyendo de este modo el consumo de energía del circuito y aumentando la eficiencia del circuito.

3. El dispositivo de la reivindicación 1, en donde la frecuencia de resonancia del transductor piezoeléctrico está entre 60 kHz y 120 kHz.

4. El dispositivo de la reivindicación 1, en donde el condensador tiene un valor de capacitancia de aproximadamente 4.7 nF y el inductor tiene un valor de inductancia de 1,0 mH a 5,25 mH.

5. El dispositivo de la reivindicación 1, en donde el condensador tiene un valor de capacitancia de aproximadamente 4.7 nF y el inductor tiene un valor de inductancia de 0,37 mH a 5,25 mH.

6. El dispositivo de la reivindicación 1, en donde el circuito comprende además un condensador en paralelo con el transductor piezoeléctrico (218) para suprimir al menos un modo de vibración de 3er armónico del transductor piezoeléctrico.

7. El dispositivo de la reivindicación 1, en donde el circuito comprende además un par de diodos en oposición (220, 222) en serie con el transductor piezoeléctrico (218) para determinar la fase de la corriente que pasa por el transductor piezoeléctrico (218) para que pueda alimentarse a un comparador de fase del bucle de bloqueo de fase (238).

8. El dispositivo de la reivindicación 2, en donde el circuito comprende además un segundo convertidor elevador (206) alimentado desde la fuente de alimentación;

opcionalmente, en donde la salida del segundo convertidor elevador (206) está configurada para proporcionar energía al bucle de bloqueo de fase (238).

9. El dispositivo de la reivindicación 1, en donde el transductor piezoeléctrico (218) está conectado mecánicamente a una carga.

10. El dispositivo de la reivindicación 9, en donde la carga es una punta de tratamiento para un procedimiento dental y médico.

11. El dispositivo de la reivindicación 10, en donde las vibraciones mecánicas del transductor piezoeléctrico ultrasónico (218) se transfieren a los irrigantes endodónticos intracanal a través de la punta de tratamiento (310) para lograr la activación del irrigante intracanal y cavitación.

12. El dispositivo de la reivindicación 9, que comprende además una bomba de fluido (318) configurada para proporcionar fluido a la carga.

13. El dispositivo de la reivindicación 12, en donde la bomba de fluido (318) es una bomba de infusión elastomérica y una bomba piezoeléctrica.

14. El dispositivo de la reivindicación 12 o la reivindicación 13, en donde la bomba de fluido (318) es capaz de producir caudales de entre 0,01 ml y 20 ml por minuto.

15. El dispositivo de la reivindicación 1, en donde el circuito de bajo consumo de energía está configurado para proporcionar una forma de onda de voltaje aplicada de entre 100 y 800 voltios pico a pico al transductor piezoeléctrico (218).