1 硬件设计
结合洁牙机的临床特性，洁牙机通过高频振荡频率实现机械振动，提供高频振荡的主要部件是换能器。换能器的原理为：交变电流作用于压电陶瓷片，压电陶瓷片晶体结构发生改变，当电流改变时，晶体结构交替进行扩大和缩小，产生振动，振动传导至工作尖，产生工作尖的高频振荡。除了压电陶瓷片，换能器还必须包括平衡杆和调幅杆，用来调整频率振幅，使工作尖工作在共振频率，从而达到在最小的功率下实现最佳的振动。在使用洁牙机进行治疗的过程中，通常希望使用最短的时间完成牙结石去除和牙菌斑治疗的作用，尽量减少洁牙机对牙齿表面和根部的损害。提高工作效率需要增大功率，但是增大功率会对牙齿表面和根部造成更大的损害。根据实际的临床试验研究，去除牙结石是依靠工作尖的线性运动的位移刮除牙结石，去除牙菌斑是依靠空穴效应和微声流。在设计高效洁牙机时，要考虑牙根表面清创功率水平阈值，在不损害牙齿表面和根部的前提下，产生最大的空穴作用。
在临床治疗过程中，患者通常会感觉洁牙过程很痛。经过研究发现，疼痛主要来源于工作尖对于软组织的牵拉损伤以及牙面和根部受到高频撞击，所以疼痛与工作尖的运动方向和幅度有直接联系，同样也和操作手法以及设置功率有关 [2]。所以，在洁牙机的设计过程中，要考虑通过变频控制技术，进行平稳的功率调节，消除突变功率和超声噪声，通过软件控制，输出负反馈，自动调节输出功率，保证在牙石严重的地方启动最大功率，在牙菌斑处理过程中自动调节到中低功率保证良好的空穴作用，实现有效去除牙结石和牙菌斑的目的，达到洁牙无痛的效果。
2 抵抗灭菌的设计
洁牙机的工作部件与患者直接接触，设计为可灭菌多次使用，根据 ISO 22374 规定了牙科设备的基本要求和测试方法，牙科手柄部件必须能够抵抗至少 250 次 135 ℃及 0.2 MPa 的蒸汽灭菌处理，灭菌处理通常会对手柄的外壳造成破裂，导致换能器进水，使得产品失效。手柄外壳破裂，特别是换能器在高频工作时有水汽进入，很容易使压电陶瓷片的性能衰减或损坏。在设计手柄时，首先研究造成手柄外壳破裂和换能器进水的原因，外壳材料和换能器密封套不能承受 135 ℃高温和 0.2 MPa 的灭菌压力，导致外壳的破裂。所以要选用耐灭菌及腐蚀性的高性能工程材料去注塑密封压电陶瓷片部件。整个手柄的工作系统采用内部开放式的设计，由于灭菌处理条件是 135 ℃及 0.2 MPa 的水蒸气灭菌，产品内部如果密闭在灭菌过程中，会产生内外压力差，这种压力差随着灭菌过程的交变会不断冲击外壳，造成外壳的破裂，进而影响使用。所以，针对系统内部设计一种含有通风管道的洁牙机手柄，在该洁牙机手柄上设置一个通风管道，使客体内外压力差消失，避免压力冲击造成产品外壳破裂。
