工作尖的结构：有效区域、几何形态和供水通路

一、 工作尖的结构：有效区域、几何形态和供水通路

超声工作尖在执行工作时，换能器和工作尖通过螺旋拧紧锁结或者嵌入的方式紧密地连接在一起，换能器将电能转化为声能并传递给工作尖，促使工作尖发生高频振动，从而产生后续的超声效应。在实际工作中，振动工作尖的所有区域并不都是与牙石或根面进行接触，只有尖端的一小部分与之进行接触。靠近工作尖游离端的一小段区域的位移振幅最大——通常指的是上一个波腹到工作尖端约4 mm的区域，这一小段区域被称为工作尖的有效区域。除有效区域外，为实现工作尖便捷地进入到不同的牙面解剖结构区，工作尖的前端部分还会设计不同的弯曲形态，以满足操作者在保持相对正常的握持手势下能够灵巧地进入到各个不同的解剖位置。工作尖的尾端多为连接结构，不同生产厂家所设计的连接结构不同。例如，压电陶瓷式的超声工作尖通过内螺旋的方式锁接在换能器手柄上［换能器和振动单元集成在手柄内（图2-1）］；而磁致伸缩式的超声工作尖多在出厂时已经与合金的磁致伸缩棒焊接在一起，通过嵌入的方式与带有磁场的手柄进行接合［换能器和振动单元分离，振动单元与工作尖硬连接，使用时需要将振动单元（合金棒）插入到换能器手柄内（图2-2）］。需要注意的是，因磁致伸缩式的工作尖与合金伸缩棒硬连接（图2-3），在拆卸、清洗和消毒时要注意保护伸缩棒，一旦伸缩棒发生断裂，工作尖也就随之发生损坏；而压电陶瓷式的所有换能部件及振动单元均整合在手柄以内（图2-4），工作尖多为可分离的硬质合金结构（除专门用于种植体周洁治的工作尖外），其在操作和保养中损坏的概率明显较小。

工作尖工作时需要水进行冷却，同时将水作为传递媒介，产生空穴效应和微声流。借助超声洁牙机的供水系统，水流经供水管到达换能器手柄并喷淋于工作尖的有效末端。不同喷淋方式决定了工作尖的结构也不尽相同。内喷淋的工作尖尾端是中空结构，除了通过内螺旋的方式与换能器接合，还与手柄末端的水路连通（图2-5）。而外喷淋的工作尖多为实心结构，其额外附加一个靠近工作尖有效端的金属喷管，这个喷管通过嵌入的方式与手柄内的水路连通（图2-6）。尽管内喷淋的工作尖在尾端较外喷淋者宽（图2-7），但实际工作中真正决定工作效率的仍是工作尖的有效末端的形态和直径，喷淋的方式并不影响其工作效能。唯一具有肯定差异的是内喷淋的开口可以更加靠近工作尖的有效区域，因此其冷却水输送的方式更为集中和有效。但即便如此，内外喷淋所产生的气溶胶污染并无明显差异。

（一）工作尖的材质

鉴于工作尖使用的重复性，因此要求工作尖能够在耐受反复的高温高压灭菌消毒的同时，保持其理化性能的稳定性。多数工作尖采用合金材质进行制造，其特点是高温高压下理化性能稳定，并能在正常工作中保持其原有的机械性能，同时在反复与根面和牙石进行接触和刮治时，确保不会过快地被磨耗。然而，合金制作的工作尖对种植体表面的钛涂层会产生损伤，因而特殊设计并制作的非金属软质工作尖应运而生。塑料-金属混合式工作尖（图2-8）与碳纤维工作尖（图2-9）既保证了工作尖能够去除钛涂层表面的沉积物，又尽可能地不损伤其表面的物理结构。由于要确保一定的机械强度，上述两种工作尖的直径较常规合金工作尖的更粗，因此在某些特殊的解剖部位，其清除的效率并不能得到满意的效果。除此之外，还有一些特殊设计的工作尖，类似于超声根管治疗的根管口锉，通过在工作尖末端的有效区域黏附一定粒度的金刚砂颗粒来增加超声振荡对根面的预备效应。这种工作尖多用于膜龈手术的根面预备，制备未来承托软组织附着的根面浅凹，又或者适度地去除被内毒素污染的根面玷污层，以增加软组织再附着的能力。值得注意的是，使用这类工作尖时，侧向的压力和工作的时间一定要予以控制，防止根面过度预备所致的牙根抗力形下降和根面敏感。

（二）工作尖的设计：直径、形状和几何形态

所有工作尖都是围绕去除牙石、菌斑及根面毒素等沉积物来进行设计的。设计的初衷是在尽可能便捷、高效、舒适的前提下完成上述工作，同时确保对牙的解剖结构产生的损伤最小。工作尖的设计除满足基本的能效转化外，更多是在功率、所能进入到的治疗位点及对牙和附属部件的损伤中的综合权衡。不同生产厂家的设计形态可以千变万化，但其原理终究离不开上述这些要素。

每个生产厂家都有自己独立的工作尖命名方式。但不管是哪一种命名方式，其主要目的是希望使用者能够正确地选择适合工况的工作尖。直径和形态是区分不同型号（命名）工作尖的主要要素。同一种直径的工作尖有不同的形态，而同一种形态的工作尖也有不同的直径。不管这两种要素在设计过程中是以哪一种方式进行结合，其主要结果还是希望最大限度地优化工作尖在特殊工况时的效能，如影响工作尖对牙面和牙石的作用力、工作尖周的空穴效应、进入治疗位点的便捷性及与治疗位点的贴合程度等。

临床工作者在使用过程中习惯性以“粗、细、宽”等俗语来描述工作尖的尺寸，或者称之为工作尖的直径。值得注意的是，工作尖直径的“粗、细”并不是描述工作尖的整体形态，而是描述工作尖末端的有效区域（通常指靠近尖端4 mm）。工作尖直径的描述依据生产厂家的设计可以有不同的称谓，如有“标准直径、细直径和超细直径”的描述，也有“宽、标准、细”直径的描述。表2-1是某位研究者对工作尖的直径及特征的分类。

工作尖对沉积物（牙石和菌斑）的机械力决定其主要的清洁效率。而在相同的功率（振动频率/时间）和位移振幅下，工作尖的质量越大，其产生的机械力越大（这一结论符合牛顿第二定律：力=质量×加速度，而加速度=位移幅度/时间2，因此力=工作尖的质量×位移幅度/时间2）。通常情况下，相同合金密度的工作尖，其直径（体积）越大，质量也就越大。因此，工作尖的直径越粗，其在同等工况下所产生的机械力也就越大，这也解释了为什么临床上在去除大块的牙石、菌斑色素时推荐选用较宽的工作尖（如啄木鸟的G12型和G2型工作尖）。但值得注意的是，粗直径的工作尖由于强大的机械敲击力，对牙面和根面的损伤也会随之增大，临床操作时应避免直接接触唇舌侧的釉质，避免出现治疗后的釉质裂纹。且过粗的工作尖进入到龈下除了会引起结合上皮的撕裂和龈瓣的钝性剥离，还容易导致因作用力较大所致的根面损伤。

尽管有研究认为标准直径和细直径的工作尖都能充分地进入到深牙周袋，并能到达根尖菌斑边缘（apical plaque border，APB）。以APB为评价标准，其研究结论认为标准直径和细直径的工作尖对于深袋内超声洁治并无明显差异。但是上述研究是基于对袋内根尖菌斑的清除能力而言的，而在实际应用过程中，尤其是对于已经完成龈上洁治、袋口收紧的深牙周袋而言，较粗直径的工作尖不易再次到达深牙周袋底端，且受直径影响，其尖端有效区域在牙周袋底的水平移动幅度明显变小。因此，工作尖直径对牙周袋深度而言，并不是影响菌斑清除率，而是影响操作的便捷性及尖端对龈下牙石的触觉敏感性。除此之外，对于一些特殊的解剖位置，如根分叉区，根面凹陷及根分叉顶端的穹隆部位，粗工作尖进入的能力明显受限。细工作尖或者超细工作尖能够更好地进入到这些治疗位点，有利于清除这些部位的菌斑。

工作尖的直径大小并不是影响工作尖周空穴作用的唯一因素。尖端（负载）压力的加载对空穴作用也有一定的影响。当工作尖添加负载时（即对根面产生侧向压力时），细直径的工作尖比粗直径工作尖所产生的空穴作用大；而当工作尖末端不添加负载时，粗直径的工作尖产生的空穴作用较大。

工作尖的形态似乎是临床医生最为直观感受的设计内容。从整体的轮廓而言，多数的工作尖都设计成“L”形（俗称一个弯曲），也有些特殊的工作尖设计成“S”形（俗称2个弯曲或多个弯曲）（图2-10）。无论是“L”形工作尖还是“S”形工作尖，其设计的主要目的是为了帮助操作者在水平向握持换能器手柄时，工作尖的有效区域能够尽可能地沿着牙体的长轴与牙面或根面贴合。一般情况下，研究者将宏观的工作尖整体轮廓称为工作尖的几何形态，而在对工作尖有效区域部分的微观描述时，将其称为工作尖（有效区域截面）的形状。

多数操作者在实施超声刮治时，似乎并未太多关注工作尖的形状，在他们看来，有效区域的物理形状似乎是完全一样的，他们能够观察到的更多的是不同工作尖整体轮廓上的变化（几何形态的差异，或者说工作尖整体大小和形态上的差异）。事实上，工作尖有效区域的横截面的形状有很大差异。根据需要，它可以被设计成圆角矩形或者圆形的截面外形。值得注意的是，这些截面的外形与工作尖的直径并无直接关系。不同的直径均可有不同的截面外形。然而，截面外形却影响工作尖的空穴作用。相同的直径下，圆角矩形工作尖比圆形工作尖产生的空穴作用更加明显，主要原因是它的桨样外形所产生的水位移更大。圆角矩形的截面因为存在矩形和圆形的形态的过渡，过渡的区域形成凸起，与根面接触时，接触面积变小，能量输出集中，利于去除牙石，但对根面的损伤也较大。除了截面的形态，影响根面磨损的因素还包括工作尖的直径（粗的工作尖产生的机械力大，也容易产生磨损）和工作尖有效区域的材质（如金属工作尖对根面的磨损比碳纤维工作尖的大）。

工作尖的整体轮廓被称为工作尖的几何形态，它通常是操作者重点关注的结构特征。“L”形的工作尖通常指的是工作尖的有效区域与工作尖的连接结构（与换能器）之间过渡只有一个弯曲，通常情况下，从侧面看工作尖的有效区域、弯曲部位及连接结构三者在同一平面上。这种工作尖多用于前牙和后牙的颊舌面的洁刮治。而对于“S”形的工作尖，其工作尖的有效区域与连接结构之间有多个弯曲，从侧面来看，其功能区和连接结构区不在同一平面，主要用于后牙邻面的洁刮治——这种多个弯曲的设计类似于手用Gracey后牙刮治器，通过多个的反角设计，使得工作尖前端有效区域能够便捷地进入到后牙邻面，同时贴合牙面及根面的外形（图2-11）。还有些研究表明，“L”形工作尖的有效区域通常是直的，而“S”形工作尖的有效区域通常拥有弧度，其设计也是为了便于“S”形工作尖在进入后牙邻面的同时，与邻面的凹陷区域更加贴合（相较于前牙而言，后牙的邻面颈部及根面的凹陷更多）。这种紧密的贴合度有助于操作者在非直视下感知邻面凹陷处细碎的牙石，即增加指尖触觉对根面探知的敏锐度。细直径的工作尖通常设计成“S”形的几何形态，多用于清除根面深部和根分叉区的菌斑生物膜和细碎牙石。