牙科钻

背景

牙钻是牙医用来钻穿牙釉质以及清洁和去除牙齿表面牙菌斑的工具。它主要由机头、空气涡轮机和碳化钨钻头组成。自 1700 年代中期开始开发以来，牙钻已经彻底改变了牙科领域。现代牙钻使牙医能够比以往任何时候都更快、更准确地工作，并减轻患者的痛苦。

牙齿由活组织和非活组织组成。称为牙本质的软组织内层在成分上与骨骼相似。牙釉质是牙齿的外层，高度钙化，比骨头硬，身体无法再生。损坏牙釉质的蛀牙是由各种口腔细菌引起的。口腔中的一种细菌会分解进食后残留在牙齿上的食物残渣。这种细菌代谢的副产品是牙菌斑。其他细菌附着在这个牙菌斑上并开始分泌一种酸，导致牙釉质中形成小孔。这允许其他类型的细菌进入这些孔和裂缝并侵蚀下面较软的组织。该过程通过产生空腔来削弱牙齿。软组织的破裂是造成通常与蛀牙相关的疼痛的原因。在最初的孔之外，外部珐琅质基本完好无损。未经治疗的蛀牙会导致龋齿和脓肿等疾病。

为了预防这些疾病，牙医会使用牙钻或其他工具从牙洞中去除牙菌斑。当牙齿被钻孔时，覆盖其尖端的微小金刚石碎片会磨损牙菌斑和损坏的牙釉质。只有在牙齿上钻孔，牙医才能确保去除所有牙菌斑。随着牙菌斑从牙齿上消失，破坏牙釉质的细菌无处可住，也不会导致蛀牙。钻孔完成后，用合适的材料填充留下的孔，以加强牙齿并有助于防止进一步损坏。

历史

最早的牙钻是 1000 多年前由玛雅人开发的。他们使用玉制的石器，形状为长管，末端磨尖。通过在手掌之间旋转它，可以在牙齿上钻一个洞。他们主要将这种工具用于将珠宝放入牙齿的宗教仪式。尽管这项技术领先于它的时代，但它在世界其他地方并不为人所知。早期的希腊、罗马和犹太文明也开发了牙钻的版本。虽然发现了这些早期的牙齿钻孔示例，但在中世纪，这项技术已经失传。在 1600 年代中期，医生发现可以通过用各种物质填充牙齿的天然孔洞来暂时缓解牙齿疾病。这些早期的牙医甚至用凿子削掉损坏的牙釉质。然而，直到 Pierre Fauchard 的出现，牙钻技术才被重新发现。

有人说福沙尔是现代牙科之父。他在 1746 年出版的一本书中首先提到在牙齿上使用弓形钻进行根管治疗。该装置由一根带手柄的长金属棒和 牙钻示意图。虽然个别钻头的设计可能有所不同，但它们都包括电机、手机、联轴器和钻头或车针。用来给它提供动力的弓。在此期间，开发了许多创新。其中之一是 1778 年推出的近乎机械的钻头，该钻头由启动旋转齿轮的手摇曲柄提供动力。不久之后，一位发明家添加了一个纺车来为钻头提供动力。该设备中的运动是由牙医推动脚踏板以移动纺车而产生的，纺车又移动了钻头。在 1800 年代，还尝试了其他机械钻头，但它们难以操作且效率低下，因此大多数牙医使用简单的手动钢钻头。

随着时间的推移，钻探技术不断改进，从而实现更快、更高效的钻探。到 1870 年，新型脚踏式发动机被安装到牙钻上。电动牙钻很快出现，准备牙洞所需的时间从几小时减少到不到 10 分钟。 1911 年开发出高速钻头，但直到 1953 年才引入了带有空气涡轮发动机的现代牙科钻头。这些钻头的速度比它们的前辈快 100 多倍，并且显着减少了与钻牙相关的疼痛。为了适应这些更快的速度，引入了碳化钨钻头。从那时起，制造商进行了许多修改，例如添加光纤灯和摄像头、采用复杂的冷却系统以及制造高度耐用的手机。

设计

有多种设计的牙钻可供使用，但每一种都具有相同的基本特征，包括电机、手机、联轴器和钻头。高速钻孔由空气涡轮机启动。这些设备将高压空气转化为机械能，使钻头的旋转速度超过 300,000 rpm。对于诸如抛光、精加工和软组织钻孔之类的事情，也需要较慢的速度，因此牙钻通常配备有辅助电机。常见的类型包括电动马达和气动马达。

手持件通常是将钻头与驱动电机连接起来的细长管状装置。它通常重量轻且符合人体工程学设计。它还具有 E 形附件，可确保钻头正确倾斜，以实现最大的系统稳定性。牙钻的这些部件曾经非常脆弱。然而，最近的健康问题迫使设计师开发能够承受高压蒸汽灭菌的手机。联轴器用于将钻机连接到电力或空气动力源和冷却水。它们可以由两个或四个孔组成，具体取决于配件类型。

钻头或车针是牙钻最重要的部分。它很短且高度耐用，能够承受高速旋转和随后产生的热量。制造了许多车针形状，每一种都具有不同的切割和钻孔能力。有些车针甚至设计有金刚石切割槽。可以添加附加功能，例如冷却剂喷射系统或照明设备。最精密的牙钻有一个内部冷却系统、一个行星式增速齿轮箱和光纤照明。

原材料

牙钻由多种原材料制成，包括金属和聚合物。装有电机、齿轮和驱动轴的手机可以由轻质硬塑料或金属合金（如黄铜）制成。最先进的手机由钛制成。车针由碳化钨制成，这是已知的最硬的物质之一。其他材料如钢用于内部电机。将钻头连接到主电源的管道由柔性材料制成，例如聚合硅树脂或聚氯乙烯 (PVC)。

制造
过程

牙钻的生产是一个综合过程，首先制造单个部件，然后组装成最终产品。虽然制造商可以单独制造每个零件，但他们通常依赖外部供应商来生产许多零件。典型的生产方法包括构建电机和钻头、形成手机、最终组装和包装。

手机

• 1 尽管制造手机时使用了多种设计和材料，但它们通常都是使用预成型模具制造的。对于塑料手机，这涉及注塑成型，这是一种将塑料熔化、注入模具并在成型后脱模的过程。金属手机也使用类似的成型工艺。

钻头

• 2 钻头由碳化钨颗粒制成。它们是通过首先获取钨矿石并对其进行化学处理以生产氧化钨而制成的。然后将氢气添加到系统中以去除氧气，从而产生精细的钨金属粉末。然后将该粉末与碳混合并加热，产生不同尺寸的碳化钨颗粒。这些颗粒被进一步加工以形成适当形状的钻头。

空气涡轮发动机

• 3 空气涡轮发动机由小型钢部件构成。在一种设计中，涡轮夹在两组滚珠轴承之间并直接连接到钻头。整个装置都装在钻头中，带有用于进气和排气的开口。其他类型的涡轮发动机在机头的更远位置，并通过一系列驱动轴和齿轮连接到钻头。

低功率电机

• 4 低功率电机的组装方式与空气涡轮发动机非常相似。旋片式气动马达由一个带有向外突出的滑片的核心结构组成。它被放置在手机中并连接到钻头的主传动轴。它还具有用于进出空气的开口。电动机显着 比较复杂，由一组轴承、磁铁、电刷和电枢线圈组成。

总装

• 5 在所有组件都可用后，就可以开始总装了。根据设计，空气涡轮机可以直接放置在手机的外壳中，也可以与钻头一起连接。钻头的其他部件放入手机中，包括气动或电动马达、驱动轴、齿轮和控制开关。添加了其他配件，例如冷却软管和光纤照明设备。耦合器放置在手机的一端，钻头连接到另一端。
• 6 经过一系列质量检查后，成品钻头连同附件、手册和更换零件一起放入适当的包装中，然后运送给分销商。

质量控制

在制造的每个阶段检查每个钻头部件的质量。由于每天制造许多零件，因此不可能检查所有零件。因此，生产线检查员通常以特定时间间隔随机抽取样本并检查以确保这些样本符合设定的尺寸、形状和一致性规范。在质量控制的这个阶段，主要的测试方法是目视检查，但也可以进行更严格的测量。

未来

在牙钻的大部分发展历史中，研究的重点一直是提高钻头的速度并纠正与这些更高速度相关的问题。然而，研究表明，将钻头速度提高到比现在更高的速度并没有任何好处。因此，研究的重点已经转移到完全开发传统钻头的替代品。最近的两个介绍值得注意，可能预示着牙科的发展方向。

一种治疗蛀牙的新方法被称为“空气研磨”技术。使用这种技术，牙医可以在不使用钻头的情况下将部分牙齿表面炸掉。小颗粒的氧化铝被一股气流挤压，牙菌斑从牙齿上被敲掉。另一种可能取代牙钻的技术是激光。美国食品和药物管理局最近批准使用激光钻头在牙齿的软组织上使用。然而，用于硬组织的批准尚待批准。该技术可以允许更快和更准确的钻孔。由于消除了与传统钻孔相关的疼痛和噪音，这两种新技术的结果是最佳的患者舒适度。