1 硬件設計
結合潔牙機的臨床特性，潔牙機通過高頻振蕩頻率實現機械振動，提供高頻振蕩的主要部件是換能器。換能器的原理為：交變電流作用于壓電陶瓷片，壓電陶瓷片晶體結構發生改變，當電流改變時，晶體結構交替進行擴大和縮小，產生振動，振動傳導至工作尖，產生工作尖的高頻振蕩。除了壓電陶瓷片，換能器還必須包括平衡桿和調幅桿，用來調整頻率振幅，使工作尖工作在共振頻率，從而達到在最小的功率下實現最佳的振動。在使用潔牙機進行治療的過程中，通常希望使用最短的時間完成牙結石去除和牙菌斑治療的作用，盡量減少潔牙機對牙齒表面和根部的損害。提高工作效率需要增大功率，但是增大功率會對牙齒表面和根部造成更大的損害。根據實際的臨床試驗研究，去除牙結石是依靠工作尖的線性運動的位移刮除牙結石，去除牙菌斑是依靠空穴效應和微聲流。在設計高效潔牙機時，要考慮牙根表面清創功率水平閾值，在不損害牙齒表面和根部的前提下，產生最大的空穴作用。
在臨床治療過程中，患者通常會感覺潔牙過程很痛。經過研究發現，疼痛主要來源于工作尖對于軟組織的牽拉損傷以及牙面和根部受到高頻撞擊，所以疼痛與工作尖的運動方向和幅度有直接聯系，同樣也和操作手法以及設置功率有關 [2]。所以，在潔牙機的設計過程中，要考慮通過變頻控制技術，進行平穩的功率調節，消除突變功率和超聲噪聲，通過軟件控制，輸出負反饋，自動調節輸出功率，保證在牙石嚴重的地方啟動最大功率，在牙菌斑處理過程中自動調節到中低功率保證良好的空穴作用，實現有效去除牙結石和牙菌斑的目的，達到潔牙無痛的效果。
2 抵抗滅菌的設計
潔牙機的工作部件與患者直接接觸，設計為可滅菌多次使用，根據 ISO 22374 規定了牙科設備的基本要求和測試方法，牙科手柄部件必須能夠抵抗至少 250 次 135 ℃及 0.2 MPa 的蒸汽滅菌處理，滅菌處理通常會對手柄的外殼造成破裂，導致換能器進水，使得產品失效。手柄外殼破裂，特別是換能器在高頻工作時有水汽進入，很容易使壓電陶瓷片的性能衰減或損壞。在設計手柄時，首先研究造成手柄外殼破裂和換能器進水的原因，外殼材料和換能器密封套不能承受 135 ℃高溫和 0.2 MPa 的滅菌壓力，導致外殼的破裂。所以要選用耐滅菌及腐蝕性的高性能工程材料去注塑密封壓電陶瓷片部件。整個手柄的工作系統采用內部開放式的設計，由于滅菌處理條件是 135 ℃及 0.2 MPa 的水蒸氣滅菌，產品內部如果密閉在滅菌過程中，會產生內外壓力差，這種壓力差隨著滅菌過程的交變會不斷沖擊外殼，造成外殼的破裂，進而影響使用。所以，針對系統內部設計一種含有通風管道的潔牙機手柄，在該潔牙機手柄上設置一個通風管道，使客體內外壓力差消失，避免壓力沖擊造成產品外殼破裂。
