Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Geräuschreduktion für ein Dentalinstrument zur zahnärztlichen Behandlung eines Patienten mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Geräuschreduktion für ein derartiges Dentalinstrument mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 0.

Die Vorrichtung zur Geräuschreduktion für ein Dentalinstrument weist folgende Merkmale auf:

• mindestens ein am Dental instrument angeordneter Schallsensor,

• mindestens ein am Dental instrument angeordneter Schallerzeuger,

• mindestens ein elektronisches Steuerungsmodul, welches mit dem Schallsensor und dem Schallerzeuger verbunden ist, um die von dem Schallsensor aufgenommenen Schallsignale zu analysieren, Signale zur aktiven Lärmkompensation zu berechnen und zu dem Schallerzeuger zu leiten .

Die Erzeugung von Antischall, auch aktive Lärmkompensation genannt, ist ein bewährtes Verfahren zur Reduktion des am Trommelfell eintreffenden Schalls und damit zur Reduktion des Geräuschpegels, der subjektiv von einer Person wahrgenommen wird . Hierzu ist mindestens ein Schallsensor erforderlich, üblicherweise ein Mikrofon, welches den Umgebungsschall aufnimmt, sowie ein Schallerzeuger, üblicherweise ein Lautsprecher, der Antischall erzeugt, um mittels destruktiver Interferenz die Umgebungsgeräusche auszulöschen . Hochleistungsfähige Prozessoren berechnen aus dem durch den Schallsensor aufgenommenen Schallsignal den Signalverlauf des Antischalls, der für eine möglichst effektive Kompensation erforder- lieh ist. Derartige Prozessoren sind Bestandteile eines elektronischen Steuermoduls, das mit dem Schallsensor und dem Schallerzeuger verbunden ist.

Die Verwendung von Antischall bei der Zahnbehandlung wurde bereits in der Vergangenheit vorgeschlagen . So offenbart die DE 1 0 2007 054 051 ein System und Verfahren zur Verringerung der Belastung eines Patienten bei der Zahnbehandlung, wobei über einen Tonkanal die Behandlungsgeräusche durch Gegenkopplung gedämpft werden . Insbesondere wird über einen Lautsprecher im Kopfteil eines Behandlungsstuhls ein Gegenschall erzeugt, der die Ohren des Patienten schützt. Ein ähnlicher Vorschlag geht aus der WO 02/1 00287 A2 hervor. Durch ein Kehlkopfmikrofon des Zahnarztes wird hier sichergestellt, dass der Patient gesprochene Worte des Zahnarztes wahrnimmt.

Die Druckschrift US 5,692,056 offenbart ein Antischall-Verfahren zur Reduktion des über die Schädelknochen des Patienten übertragenen Schalls. Ein ähnliches Verfahren geht aus der US 6,466,673 B1 hervor.

Die Druckschrift JP 2006-1 81 257 A offenbart ein Geräuschreduktionssystem für Dentalgeräte. Der Schall wird mit Lautsprechern nahe den Ohren der Patienten reduziert. Ein Mikrofon ist am Handstück angeordnet, ermöglicht aber keine vollständige Geräuschunterdrückung, so dass weitere Mikrofone nahe den Ohren der Patienten angeordnet sind .

Das koreanische Gebrauchsmuster KR 20-201 1 -0000202 beschreibt ein aktives Lärmkontrollsystem für den Griff eines Dentalinstruments. Hier wird am hinteren Abschnitt des Griffes eine aktive Lärmkontrollvorrichtung angebracht, die eine Signalmessvorrichtung und eine Schallausgabevorrichtung zur Lärmkontrolle aufweist. Zusätzlich wird vorgeschlagen, nahe den Ohren des Patienten und der behandelnden Personen zusätzl iche Lärmkontrollvorrichtungen vorzusehen, um den Restschall weiter zu reduzieren . Die aktive Lärmkontrollvorrichtung wird mittels eines elastischen Ringclips lösbar an dem Dentalinstrument befestigt. Der Ringcl ip kann auf dem Dentalinstrument leicht verrutschen .

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Geräuschreduktion für ein Dentalinstrument möglichst effizient und einfach zu gestalten .

Diese Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Ein die Aufgabe lösendes Verfahren ergibt sich aus der Gesamtheit der Merkmale des Patentanspruchs 8.

Mit anderen Worten weist die Vorrichtung folgende Merkmale auf:

- der Schallsensor ist an einem Bereich des Dentalinstruments angeordnet, der sich während der Behandlung des Patienten mit dem Dentalinstrument in der Mundhöhle oder nahe der Mundöffnung des Patienten befindet;

- der Schallerzeuger ist an einem Bereich des Dentalinstruments angeordnet, der sich während der Behandlung des Patienten mit dem Dentalinstrument in der Mundhöhle oder nahe der Mundöffnung des Patienten befindet;

- der Abstand zwischen Schallsensor und Schallerzeuger weist einen festen und bekannten Wert auf, der in dem Steuerungsmodul zur Berechnung der Signale zur aktiven Lärmkompensation abgespeichert ist.

Der Schallsensor wird folgl ich am vorderen Ende des Dentalinstruments angebracht. Wenn das Dentalinstrument ein Bohrer ist (Handstück oder Winkelstück mit Antriebsmotor oder zahnärztliche Turbine und Werkzeug), werden die Schallsensoren vorzugsweise am Kopf des Bohrers angebracht, an dem das Bohrwerkzeug angeordnet ist. Wenn das Dentalinstrument ein Speichelabsauger ist, wird der Schallsensor vorzugsweise im Bereich der Öffnung angeordnet, durch die der Speichel in das Innere des rohrförmigen Speichelabsaugers eingesaugt wird . Das Messen des Schalls im Bereich seiner Entstehung, das heißt in der Mundhöhle oder in unmittelbarer Nähe zur Mundöffnung, ermögl icht es, die Schallsignale an der Quelle der Geräusche zu berücksichtigen . Wie weiter unten detailliert beschrieben wird, kann hierdurch auch eine Geräuschkompensation an oder nahe der Quelle erfolgen, so dass die Geräuschreduktion nicht nur für eine Person wirksam ist, sondern der Lärmpegel in dem gesamten Behandlungsraum reduziert wird, weil von dem Behandlungsort, also dem Mund des Patienten, weniger Schall abgestrahlt wird.

Als Schallsensor können in der Praxis zum Beispiel folgende Bauelemente verwendet werden :

• piezoelektrischer Schallsensor;

• Beschleunigungssensor.

Bei einem piezoelektrischen Schallsensor wird ein piezoelektrisches Bauelement aufgrund des Schalldrucks verformt und erfasst so den genauen Verlauf der Schallwellen . Zusätzlich oder alternativ kann auch die Beschleunigung des Dentalinstruments gemessen werden . Hierzu werden sogenannte Inertialsensoren (engl isch : inertial measurement unit oder IMU) verwendet. Diese messen nicht den Verlauf der an dem Dental instrument eintreffenden Schallwellen sondern vielmehr die Beschleunigungen des Dentalinstruments, die insbesondere in dem Abschnitt des Dentalinstruments in oder nahe der Mundhöhle wirken . In Kenntnis der Geometrie und der Masse des Dentalinstruments lassen sich aus der gemessenen Beschleunigung des Dentalinstruments die Schallwellen ermitteln, die durch die Bewegung des Dentalinstruments angeregt werden . Vorzugsweise werden die Beschleunigungen in Richtung aller drei Raumachsen gemessen, um die Schallerzeugung präzise bestimmen zu können . Zusätzlich können auch Rotationsbeschleunigungen des Dentalinstruments gemessen werden . Beschleunigungssensoren können beispielsweise mit piezokerami- schen Sensorplättchen ausgestattet sein oder mikro-elektro-mechanische Systeme (MEMS) aufweisen, die meist aus Silizium bestehen und Feder- Masse-Systeme bilden . Die„Federn" sind in der Regel nur wenige μιτι breite Silizium-Stege. Auch die Masse ist aus Sil izium hergestellt.

Es ist auch mögl ich, beide Sensortypen zu kombinieren . Schallsensoren mit Membranen erfassen das eintreffende Schallsignal . Diese Werte werden mit den Messwerten von Schallsensoren kombiniert, die die Beschleunigung des Dentalinstruments und damit die durch die Bewegung des Dentalinstruments erzeugten Schallwellen erfassen .

Der Abstand zwischen dem Schallsensor und dem Schallerzeuger weist einen bekannten und festen Wert auf, der in einem Datenspeicher des Steuerungsmoduls abgespeichert ist. Dies ermögl icht eine besonders zuverlässige Berechnung des Antischalls, der mittels destruktiver Interferenz die durch das Dentalinstrument selbst, aber auch durch die mechanische Behandlung des Zahns entstehenden Geräusche auslöscht. Der feste Abstandswert lässt sich bei neuen Dental instrumenten durch ortsfeste Anordnung von Schallsensor und Schallerzeuger in der Oberfläche des Dentalinstruments erzielen . Bei einer nachrüstbaren Vorrichtung zur Schallmessung und Erzeugung des Antischalls müssen die Schallsensoren und Schallerzeuger an dem Dentalinstrument fixiert werden, beispielsweise mittels Klemmschrauben festgeklemmt. Der Abstand und die relative Lage von Schallerzeuger und Schallsensor zueinander sind dann in dieser fixierten Konfiguration zu ermitteln und in das Steuerungsmodul einzugeben .

Für die korrekte Berechnung des Antischallsignals ist ferner die Schallgeschwindigkeit am Behandlungsort ausschlaggebend . Diese variiert mit der Temperatur, dem Luftdruck und der Luftfeuchtigkeit. Es kann der Vorrichtung ein Luftdrucksensor im Behandlungsraum zugeordnet werden, dessen Messwert bei der Berechnung der Schallgeschwindigkeit berücksichtigt wird . Für die Temperatur und/oder Luftfeuchtigkeit können entweder empirisch ermittelte Standardwerte angesetzt werden oder zusätzl iche Messsensoren vorgesehen sein, die mit dem Steuerungsmodul verbunden sind . Bei einer praktischen Ausführungsform können mehrere Schallsensoren in dem Bereich des Dentalinstruments angeordnet sein, der sich während der Arbeit mit dem Dentalinstrument in der Mundhöhle des Patienten befindet. Ein Dentalinstrument erzeugt unterschiedliche Geräusche in verschiedenen Abstrahlrichtungen . Daher ermöglicht die Anordnung mehrerer Schallsensoren in der Mundhöhle des Patienten eine möglichst umfassende Erfassung sämtl icher relevanter Geräusche. Zudem erlaubt die Anordnung mehrerer Schallsensoren bei der Verwendung mehrerer Schallerzeuger, jedem einzelnen Schallerzeuger individuell einen Antischallsignalverlauf zuzuordnen, der in Abhängigkeit von den an verschiedenen Stellen aufgenommenen Schallsignalen berechnet wird . Der Antischallsignalverlauf ist in diesem Fall für die Position des jeweiligen Schallerzeugers optimiert.

Auch der Schallerzeuger ist in einem Bereich des Dentalinstruments angeordnet, der sich während der Arbeit mit dem Dentalinstrument in der Mundhöhle oder nahe der Mundöffnung des Patienten befindet. In Verbindung mit der Geräuscherfassung in der Mundhöhle oder nahe der Mundöffnung erlaubt die Geräuschreduktion in der Mundhöhle oder nahe der Mundöffnung eine effektive Kompensation und Reduktion des gesamten Schalls, der von dem Behandlungsort, das heißt dem Mund des Patienten aus, emittiert wird . Hierdurch wird der gesamte Lärmpegel in dem Behandlungsraum reduziert. Die Ohren des Patienten werden durch einen geringeren Geräuschpegel geschont. Das gleiche gilt für die Ohren des behandelnden Personals. Insbesondere das behandelnde Personal ist aufgrund des dauerhaften Einwirkens der Behandlungsgeräusche während der Arbeitszeit besonders gefährdet. Die Geräuschreduktion im Bereich der Mundhöhle oder im Bereich der Mundöffnung des Patienten reduziert diese Gefährdung ganz erheblich .

Wiederum können mehrere Schallerzeuger am Dentalinstrument angeordnet sein . Die mehreren Schallerzeuger können in einem Bereich des Dentalin- struments angeordnet sein, der sich während der Behandlung nahe der Mundöffnung des Patienten befindet.

In der Praxis können die Schallerzeuger von piezoelektrischen Lautsprechern gebildet werden . Piezoelektrische Lautsprecher weisen piezoelektrische Aktoren auf, die sich beim Anlegen einer elektrischen Spannung verformen . Piezoelektrische Lautsprecher sind robust und präzise in der Geräuschwiedergabe, so dass eine zuverlässige Antischallerzeugung erzielt werden kann . Sollte durch reine piezoelektrische Aktoren kein ausreichend großer Schalldruck erzeugt werden können, können Biegeaktoren verwendet werden . Es handelt sich dabei um Piezobiegeelemente mit mindestens einem passiven Metallsubstrat, auf dem ein aktiver Piezokeramikstreifen aufgebracht ist. Diese einlagigen Biegeelemente heißen bimorphe Wandler. Mehrlagige Aktoren mit mehreren Metallsubstraten und dazwischen liegenden Piezokeramikstreifen werden multimorphe Wandler genannt.

Auch der Schallsensor kann von einem piezoelektrischen Bauteil gebildet werden, insbesondere einem Mikrofon mit piezoelektrischem Element, welches beim Auftreffen von Schall verformt wird und aufgrund der Verformung entsprechende Spannungssignale erzeugt. Es sind aber auch alle anderen Schallsensoren und -erzeuger verwendbar, die in dem feuchten Behandlungsumfeld bei der Dentalbehandlung eine ausreichende Lebensdauer aufweisen .

Sowohl die Aktoren als auch die Sensoren können als Piezofolie ausgebildet sein . Piezofolien sind Filme aus hochpolarisiertem Polyvinyl idenfluorid (PVDF). Sie können insbesondere für die Erzeugung des Antischalls als Aktoren verwendet werden . Piezofol ien nehmen nur einen geringen Bauraum ein und sind sehr robust.

Wenn während der Behandlung eines Patienten mehrere Dentalinstrumente verwendet werden, beispielsweise ein Speichelsauger und ein Bohrer, kann jedes der verwendeten Dentalinstrumente mit einer derartigen Vorrichtung zur Geräuschreduktion versehen werden .

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren zur Geräuschreduktion für ein Dentalinstrument gemäß der Gesamtheit der Merkmale des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen 1 1 und 1 2.

Praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben .

Fig . 1 zeigt die Seitenansicht eines ersten Dentalinstruments, nämlich eines Winkelstücks für ein zahnärztl iches Werkzeug, z. B. Bohrer, mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung .

Fig . 2 zeigt eine Draufsicht des zahnärztlichen Winkelstücks nach Figur 1 .

Fig . 3 zeigt eine Seitenansicht eines zweiten Dentalinstruments, näml ich eines Speichelabsaugers, mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung .

Fig . 4 zeigt die Draufsicht des Speichelabsaugers nach Figur 3.

In den Figuren 1 und 2 ist ein zahnärztl iches Winkelstück 1 zu erkennen, an dessen Kopf eine Aufnahme für ein zahnärztliches Werkzeug (nicht dargestellt) angeordnet ist. Der Antrieb für das zahnärztliche Werkzeug kann beispielsweise eine zahnärztliche Turbine oder ein Antriebsmotor sein . Das Werkzeug selbst ist meist ein Bohrer, Fräser oder Polierwerkzeug . Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist aber selbstverständl ich auch an einem geraden Handstück umsetzbar, an dem ein zahnärztliches Werkzeug befestigt wird .

Es ist zu erkennen, dass im Bereich des Kopfes 2 des Winkelstücks 1 am Umfang verteilte und auf der dem Werkzeug gegenüberl iegenden Seite des Kopfes 2 angeordnete Schallsensoren 3 angebracht sind . Die Schallsensoren 3 können fest in das Winkelstück 1 eingebaut sein oder lösbar daran befestigt sein . Die lösbare Anordnung ist insbesondere beim Nachrüsten der Schallsensoren 3 zu empfehlen . Die Schallsensoren 3 können in diesem Fall z.B. in einen Ring eingebaut werden , der an dem Winkelstück befestigt wird .

Die Schallsensoren 3 sind in einem Bereich des Winkelstücks 1 angeordnet, der sich während der Behandlung des Patienten in dessen Mundraum befindet.

Ferner zeigen die Figuren 1 und 2 einen Ring 5 mit Schallerzeugern 4, welche Antischall erzeugen .

Bei der dargestellten Ausführungsform erzeugen vier Schallerzeuger 4, die auf der zum Kopf 2 des Winkelstücks 1 hinweisenden Seite des Rings 5 angeordnet sind, Antischall, der den in der Mundhöhle entstehenden Schall auslöscht. Die Anzahl der Schallerzeuger kann bei anderen Ausführungsformen variieren . Die Schallerzeuger 4 sind während der Behandlung des Patienten in unmittelbarer Nähe zu dessen Mundöffnung oder bereits in dessen Mundöffnung angeordnet, so dass durch die Schallerzeuger 4 der Schall im Bereich der Mundhöhle ausgelöscht wird . Auch die Schallerzeuger 4 können lösbar und nachrüstbar an einem Winkelstück befestigt sein . Hierzu kann der Ring 5 mit den Schallerzeugern 4 beispielsweise auf dem Winkelstück festgeklemmt oder festgeschraubt werden .

Die Schallerzeuger 4 werden in der Praxis von piezoelektrischen Aktoren gebildet, die bei Anlegung von elektrischer Spannung Form und Volumen ändern und so Schall erzeugen . Es werden in der Praxis auch piezoelektrische Sensoren als Schallsensoren 3 verwendet.

Die Schallsensoren 3 und die Schallerzeuger 4 sind über elektrische Leiter, die in oder an dem Winkelstück verlaufen, mit einem Steuerungsmodul (nicht dargestellt) verbunden, welches auf bekannte Weise die Schallsignale der Schallsensoren 3 auswertet und den Antischall, der durch die Schallerzeuger 4 abzustrahlen ist, berechnet.

Der Ring 5 mit den Schallerzeugern 4 kann entweder fester Bestandteil des Winkelstücks 1 sein oder nachträglich angeordnet werden, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung nachgerüstet wird . Auch ist es nicht erforderlich, die Schallerzeuger 4 an einem Ring 5 anzuordnen . Sie können auch auf geeignete Weise unmittelbar auf der Oberfläche des Winkelstücks 1 aufgebracht werden .

Die Figuren 3 und 4 zeigen eine entsprechende Vorrichtung zur Geräuschreduktion an einem Speichelabsauger 7. Die Schallsensoren 3 sind hier nahe der Öffnung 6 des Speichelabsaugers 7 angeordnet, die sich während der Behandlung in der Mundhöhle des Patienten befindet.

Wiederum ist innerhalb der Mundhöhle oder im Bereich der Mundöffnung ein Ring 5 vorgesehen, der die Schallerzeuger 3 trägt. Auch bei dieser Ausführungsform können die Schallerzeuger 3 unmittelbar an der Außenseite des Dental instruments (Speichelabsauger 7) angeordnet sein .

Bezugszeichen liste

1 Winkelstück, Dentalinstrument

2 Kopf

3 Schallsensoren

4 Schallerzeuger

5 Ring

6 Öffnung

7 Speichelabsauger, Dentalinstrument