JP2002336282A - 剛体運動測定方法、剛体運動測定装置、剛体運動測定プログラム、顎運動測定方法、顎運動測定装置および顎運動測定プログラム - Google Patents
剛体運動測定方法、剛体運動測定装置、剛体運動測定プログラム、顎運動測定方法、顎運動測定装置および顎運動測定プログラムInfo
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- JP2002336282A JP2002336282A JP2001145232A JP2001145232A JP2002336282A JP 2002336282 A JP2002336282 A JP 2002336282A JP 2001145232 A JP2001145232 A JP 2001145232A JP 2001145232 A JP2001145232 A JP 2001145232A JP 2002336282 A JP2002336282 A JP 2002336282A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 被検体の上顎および下顎の相対的な運動の状
態を測定する顎運動の測定において、かみ合わせにおい
て正常に上顎と下顎が接触しないかみ合い相異常、顎の
開閉運動に不連続性があり、ときには「クリック」音が
認められる運動相異常等、顎の機能で特徴づけられる相
対的な回転運動を定量的に測定ができ、また一般室での
測定を可能とすることである。 【解決手段】 カメラで下顎、下顎のマーカー座標読込
み（ＳＴＥＰ１）、下顎特定点、上顎特定点の座標と単
位ベクトル算出し（ＳＴＥＰ２）、上顎特定点の座標、
単位ベクトルを基準として変換し、（ＳＴＥＰ３）これ
らをくりかえし、運動位置の変化を示す行列算出し（Ｓ
ＴＥＰ５）、回転座標系の単位ベクトル、回転角、回転
中心座標算出し、これらを繰り返す（ＳＴＥＰ６、７、
８）。複数のマーカーは、反射型のマーカーである。
態を測定する顎運動の測定において、かみ合わせにおい
て正常に上顎と下顎が接触しないかみ合い相異常、顎の
開閉運動に不連続性があり、ときには「クリック」音が
認められる運動相異常等、顎の機能で特徴づけられる相
対的な回転運動を定量的に測定ができ、また一般室での
測定を可能とすることである。 【解決手段】 カメラで下顎、下顎のマーカー座標読込
み（ＳＴＥＰ１）、下顎特定点、上顎特定点の座標と単
位ベクトル算出し（ＳＴＥＰ２）、上顎特定点の座標、
単位ベクトルを基準として変換し、（ＳＴＥＰ３）これ
らをくりかえし、運動位置の変化を示す行列算出し（Ｓ
ＴＥＰ５）、回転座標系の単位ベクトル、回転角、回転
中心座標算出し、これらを繰り返す（ＳＴＥＰ６、７、
８）。複数のマーカーは、反射型のマーカーである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、相互に相対運動を
する第一の剛体と第二の剛体間の剛体運動測定方法、剛
体運動測定装置、剛体運動測定プログラムに係り、特に
二個の剛体の機能で特徴づけられる相対的な運動の測定
について、さらには被検体の上顎および下顎の相対的な
運動の状態を測定する顎運動測定方法、顎運動測定装置
および顎運動測定プログラムに関する。
する第一の剛体と第二の剛体間の剛体運動測定方法、剛
体運動測定装置、剛体運動測定プログラムに係り、特に
二個の剛体の機能で特徴づけられる相対的な運動の測定
について、さらには被検体の上顎および下顎の相対的な
運動の状態を測定する顎運動測定方法、顎運動測定装置
および顎運動測定プログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、剛体の運動を測定するには、剛体
にマーカーを取付け固定し、そのマーカーの位置座標を
三次元座標測定器で測定し、その位置座標変化をプロッ
タなどの上にあらわす方法等がとられている。しかし相
対運動をする二個の剛体の運動を測定するには、相対的
な三次元座標位置を求める必要があり、特に関節の回転
運動など機能で特徴づけられる二個の剛体の相対的な運
動については、その機能に着目した測定の工夫を要す
る。そのような例として顎の運動の測定がある。顎の開
閉は上顎と下顎の相対的な運動により行われるが、個体
の成長の過程において、または疾病、事故の原因などに
より、その開閉の異常が起こることがある。例えば、か
み合わせにおいて正常に上顎と下顎が接触しないかみ合
い相異常、顎の開閉運動に不連続性があり、ときには
「クリック」音が認められる運動相異常等であるが、こ
れらの解析には顎の運動の定量的測定が必要である。
にマーカーを取付け固定し、そのマーカーの位置座標を
三次元座標測定器で測定し、その位置座標変化をプロッ
タなどの上にあらわす方法等がとられている。しかし相
対運動をする二個の剛体の運動を測定するには、相対的
な三次元座標位置を求める必要があり、特に関節の回転
運動など機能で特徴づけられる二個の剛体の相対的な運
動については、その機能に着目した測定の工夫を要す
る。そのような例として顎の運動の測定がある。顎の開
閉は上顎と下顎の相対的な運動により行われるが、個体
の成長の過程において、または疾病、事故の原因などに
より、その開閉の異常が起こることがある。例えば、か
み合わせにおいて正常に上顎と下顎が接触しないかみ合
い相異常、顎の開閉運動に不連続性があり、ときには
「クリック」音が認められる運動相異常等であるが、こ
れらの解析には顎の運動の定量的測定が必要である。
【０００３】図９に特開平７−３０８３２９号に開示さ
れた従来例の下顎運動測定装置の原理図を示す。図９に
おいて、被検体１の下顎２、上顎３にフェースボー
（Ｌ）４、フェースボー（Ｕ）５が接着または適当なバ
ンドなどで取付け固定され、各フェースボーはそれぞれ
顎の左側および右側にＬＥＤ６が各二個づつ、合計で８
個のＬＥＤ６が設けられる。図示されていないが、前記
ＬＥＤ６の位置座標が測定できる顎の左右両側に、ｘ
軸、ｙ軸、ｚ軸上の座標測定を受け持つ３台のカメラが
それぞれ設置される。カメラは、図示されていない座標
系演算手段に結ばれ、ＬＥＤ６、カメラ、座標系演算手
段は、図示されていないＣＰＵと結ばれる。
れた従来例の下顎運動測定装置の原理図を示す。図９に
おいて、被検体１の下顎２、上顎３にフェースボー
（Ｌ）４、フェースボー（Ｕ）５が接着または適当なバ
ンドなどで取付け固定され、各フェースボーはそれぞれ
顎の左側および右側にＬＥＤ６が各二個づつ、合計で８
個のＬＥＤ６が設けられる。図示されていないが、前記
ＬＥＤ６の位置座標が測定できる顎の左右両側に、ｘ
軸、ｙ軸、ｚ軸上の座標測定を受け持つ３台のカメラが
それぞれ設置される。カメラは、図示されていない座標
系演算手段に結ばれ、ＬＥＤ６、カメラ、座標系演算手
段は、図示されていないＣＰＵと結ばれる。
【０００４】この構成による従来例の作用を説明する。
図８において図示されていないＣＰＵの指示により８個
のＬＥＤ６が順次点灯され、一点灯毎に、顎の右または
左に設置された三台のカメラにより点灯されたＬＥＤ６
の座標が測定され、図示されていない座標変換手段によ
り、Σで示したカメラ座標系９とΣLで示された下顎に
固定された座標系（下顎座標系）７間の変換Ｔ1、Σで
示したカメラ座標系９とΣUで示された上顎に固定され
た座標系（上顎座標系）８間の変換Ｔ2を用いて、下顎
座標系（ΣL）７から上顎座標系（ΣU）８の変換が演算
される。この変換により、上顎座標系（ΣU）８からみ
た下顎の特定点（測定点）の位置座標が得られ、上顎、
下顎が相互に相対運動しても、上顎に対する下顎の特定
点の位置座標変化を追跡できる。
図８において図示されていないＣＰＵの指示により８個
のＬＥＤ６が順次点灯され、一点灯毎に、顎の右または
左に設置された三台のカメラにより点灯されたＬＥＤ６
の座標が測定され、図示されていない座標変換手段によ
り、Σで示したカメラ座標系９とΣLで示された下顎に
固定された座標系（下顎座標系）７間の変換Ｔ1、Σで
示したカメラ座標系９とΣUで示された上顎に固定され
た座標系（上顎座標系）８間の変換Ｔ2を用いて、下顎
座標系（ΣL）７から上顎座標系（ΣU）８の変換が演算
される。この変換により、上顎座標系（ΣU）８からみ
た下顎の特定点（測定点）の位置座標が得られ、上顎、
下顎が相互に相対運動しても、上顎に対する下顎の特定
点の位置座標変化を追跡できる。
【０００５】さらに、眼下のくぼみ点および左右両耳を
含む水平面、水平面に直交し、頭部の真正面中央の平面
である矢状面、水平面、矢状面に直交し、眼下のくぼみ
点を含む面である前頭面の三平面で構成する、ΣHで示
される座標系１０を設定し、上記演算手段により、上顎
座標系（ΣU）８と座標系（ΣH）１０の間の変換Ｔ3を
用いて、下顎座標系（ΣL）７と座標系（ΣH）１０の間
の変換Ｔ4を演算し、下顎２の特定点の座標変化を前記
水平面、矢状面、前頭面上に変換する。この変換によ
り、顎の開閉による下顎２の特定点の、前記水平面、矢
状面、前頭面上の座標の変化が追跡でき、図１０はその
演算結果の一例をプロッタで表示したものである。
含む水平面、水平面に直交し、頭部の真正面中央の平面
である矢状面、水平面、矢状面に直交し、眼下のくぼみ
点を含む面である前頭面の三平面で構成する、ΣHで示
される座標系１０を設定し、上記演算手段により、上顎
座標系（ΣU）８と座標系（ΣH）１０の間の変換Ｔ3を
用いて、下顎座標系（ΣL）７と座標系（ΣH）１０の間
の変換Ｔ4を演算し、下顎２の特定点の座標変化を前記
水平面、矢状面、前頭面上に変換する。この変換によ
り、顎の開閉による下顎２の特定点の、前記水平面、矢
状面、前頭面上の座標の変化が追跡でき、図１０はその
演算結果の一例をプロッタで表示したものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このように従来におい
て、第一の剛体と第二の剛体が相互に相対運動をする場
合でも、例えば上記従来例で上顎と下顎が相対運動をす
る場合でも、座標変換演算を用いることで、上顎に対す
る下顎の特定点の位置座標変化、また進んで水平面、矢
状面、前頭面上での下顎の特定点の位置座標変化を得る
ことができる。しかし、得られるのは、下顎の特定点の
相対的な位置座標変化であり、かみ合わせにおいて正常
に上顎と下顎が接触しないかみ合い相異常、顎の開閉運
動に不連続性があり、ときには「クリック」音が認めら
れる運動相異常等については、きわめてわずかな位置座
標の変化なので、顎の機能に特徴づけられる回転運動の
異常を推定するのが困難である。
て、第一の剛体と第二の剛体が相互に相対運動をする場
合でも、例えば上記従来例で上顎と下顎が相対運動をす
る場合でも、座標変換演算を用いることで、上顎に対す
る下顎の特定点の位置座標変化、また進んで水平面、矢
状面、前頭面上での下顎の特定点の位置座標変化を得る
ことができる。しかし、得られるのは、下顎の特定点の
相対的な位置座標変化であり、かみ合わせにおいて正常
に上顎と下顎が接触しないかみ合い相異常、顎の開閉運
動に不連続性があり、ときには「クリック」音が認めら
れる運動相異常等については、きわめてわずかな位置座
標の変化なので、顎の機能に特徴づけられる回転運動の
異常を推定するのが困難である。
【０００７】また顎の運動など、対象が人の運動機能に
関するときは、測定環境の問題がある。例えば上記従来
例測定方法では、位置座標の測定精度を上げるため、Ｌ
ＥＤの影を作らぬように孤立した暗室でＬＥＤを順次点
灯して測定を行なう必要があり、あたかも真っ暗の狭い
部屋の中でフラッシュを順次焚く状況に近く、被検体で
ある患者、特に小児患者に精神的圧迫を与える。
関するときは、測定環境の問題がある。例えば上記従来
例測定方法では、位置座標の測定精度を上げるため、Ｌ
ＥＤの影を作らぬように孤立した暗室でＬＥＤを順次点
灯して測定を行なう必要があり、あたかも真っ暗の狭い
部屋の中でフラッシュを順次焚く状況に近く、被検体で
ある患者、特に小児患者に精神的圧迫を与える。
【０００８】本発明の目的は、かかる従来例の課題を解
決し、相互に相対運動をする第一の剛体と第二の剛体間
の剛体運動、特に二個の剛体の機能で特徴づけられる相
対的な運動、さらには被検体の上顎および下顎の相対的
な運動の状態を測定する顎運動の測定において、かみ合
わせにおいて正常に上顎と下顎が接触しないかみ合い相
異常、顎の開閉運動に不連続性があり、ときには「クリ
ック」音が認められる運動相異常等、顎の機能で特徴づ
けられる相対的な回転運動を定量的に測定ができ、また
一般室での測定を可能とする、剛体運動測定方法、剛体
運動測定装置、剛体運動測定プログラム、顎運動測定方
法、顎運動測定装置および顎運動測定プログラムを提供
することである。
決し、相互に相対運動をする第一の剛体と第二の剛体間
の剛体運動、特に二個の剛体の機能で特徴づけられる相
対的な運動、さらには被検体の上顎および下顎の相対的
な運動の状態を測定する顎運動の測定において、かみ合
わせにおいて正常に上顎と下顎が接触しないかみ合い相
異常、顎の開閉運動に不連続性があり、ときには「クリ
ック」音が認められる運動相異常等、顎の機能で特徴づ
けられる相対的な回転運動を定量的に測定ができ、また
一般室での測定を可能とする、剛体運動測定方法、剛体
運動測定装置、剛体運動測定プログラム、顎運動測定方
法、顎運動測定装置および顎運動測定プログラムを提供
することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明にかかる剛体運動測定方法は、相互に相対運
動をする第一の剛体および第二の剛体にそれぞれ複数の
マーカーを取付け固定するマーカー取付け工程と、相対
運動中の前記複数のマーカーの三次元座標を測定する三
次元測定工程と、相対運動中に得られた前記三次元座標
測定値から、第二の剛体と特定の位置関係をもつ特定点
の三次元座標および三次元回転角を、第一の剛体に固定
した座標系を基準にして演算する三次元六自由度演算工
程を有する剛体運動測定方法において、相対運動中の第
一の運動位置と第二の運動位置で得られた、前記特定点
の二個の三次元六自由度演算結果から、第一の剛体に固
定した座標系を基準にした、前記特定点の第一の運動位
置から第二の運動位置への運動位置の変化をあらわす行
列を演算する運動行列演算工程と、前記演算で得られた
運動行列を、剛体の回転座標系基準の回転運動行列に変
換し、第二の剛体の回転運動特性値を演算する回転運動
演算工程を有することを特徴とする。
め、本発明にかかる剛体運動測定方法は、相互に相対運
動をする第一の剛体および第二の剛体にそれぞれ複数の
マーカーを取付け固定するマーカー取付け工程と、相対
運動中の前記複数のマーカーの三次元座標を測定する三
次元測定工程と、相対運動中に得られた前記三次元座標
測定値から、第二の剛体と特定の位置関係をもつ特定点
の三次元座標および三次元回転角を、第一の剛体に固定
した座標系を基準にして演算する三次元六自由度演算工
程を有する剛体運動測定方法において、相対運動中の第
一の運動位置と第二の運動位置で得られた、前記特定点
の二個の三次元六自由度演算結果から、第一の剛体に固
定した座標系を基準にした、前記特定点の第一の運動位
置から第二の運動位置への運動位置の変化をあらわす行
列を演算する運動行列演算工程と、前記演算で得られた
運動行列を、剛体の回転座標系基準の回転運動行列に変
換し、第二の剛体の回転運動特性値を演算する回転運動
演算工程を有することを特徴とする。
【００１０】また本発明にかかる剛体運動測定方法にお
いては、前記運動行列演算工程は、三行三列の回転をあ
らわす行列成分と、三行一列のベクトル成分を有する行
列を演算し、前記回転運動演算工程は、回転軸を含む回
転座標系の単位ベクトルを求める単位ベクトル演算工程
と、回転軸回りの回転角を演算する回転角演算工程と、
回転中心座標を演算する回転中心演算工程の少なくとも
一つの演算工程を有することを特徴とする。
いては、前記運動行列演算工程は、三行三列の回転をあ
らわす行列成分と、三行一列のベクトル成分を有する行
列を演算し、前記回転運動演算工程は、回転軸を含む回
転座標系の単位ベクトルを求める単位ベクトル演算工程
と、回転軸回りの回転角を演算する回転角演算工程と、
回転中心座標を演算する回転中心演算工程の少なくとも
一つの演算工程を有することを特徴とする。
【００１１】また本発明にかかる剛体運動測定装置は、
相互に相対運動をする第一の剛体および第二の剛体にそ
れぞれ取付け固定される複数のマーカーと、相対運動中
の前記複数のマーカーの三次元座標を測定する三次元測
定器と、相対運動中に得られた前記三次元座標測定値か
ら、第二の剛体と特定の位置関係をもつ特定点の三次元
座標および三次元回転角を、第一の剛体に固定した座標
系を基準にして演算する三次元六自由度演算手段を有す
る剛体運動測定装置において、相対運動中の第一の運動
位置と第二の運動位置で得られた、前記特定点の二個の
三次元六自由度演算結果から、第一の剛体に固定した座
標系を基準にした、前記特定点の第一の運動位置から第
二の運動位置への運動位置の変化をあらわす行列を演算
する運動行列演算手段と、前記演算で得られた運動行列
を、剛体の回転座標系基準の回転運動行列に変換し、第
二の剛体の回転運動特性値を演算する回転運動演算手段
を有することを特徴とする。
相互に相対運動をする第一の剛体および第二の剛体にそ
れぞれ取付け固定される複数のマーカーと、相対運動中
の前記複数のマーカーの三次元座標を測定する三次元測
定器と、相対運動中に得られた前記三次元座標測定値か
ら、第二の剛体と特定の位置関係をもつ特定点の三次元
座標および三次元回転角を、第一の剛体に固定した座標
系を基準にして演算する三次元六自由度演算手段を有す
る剛体運動測定装置において、相対運動中の第一の運動
位置と第二の運動位置で得られた、前記特定点の二個の
三次元六自由度演算結果から、第一の剛体に固定した座
標系を基準にした、前記特定点の第一の運動位置から第
二の運動位置への運動位置の変化をあらわす行列を演算
する運動行列演算手段と、前記演算で得られた運動行列
を、剛体の回転座標系基準の回転運動行列に変換し、第
二の剛体の回転運動特性値を演算する回転運動演算手段
を有することを特徴とする。
【００１２】また本発明にかかる剛体運動測定装置にお
いては、前記運動行列演算手段は、三行三列の回転をあ
らわす行列成分と、三行一列のベクトル成分を有する行
列を演算し、前記回転運動演算手段は、回転軸を含む回
転座標系の単位ベクトルを求める単位ベクトル演算手段
と、回転軸回りの回転角を演算する回転角演算手段と、
回転中心座標を演算する回転中心演算手段の少なくとも
一つの演算手段を有することを特徴とする。
いては、前記運動行列演算手段は、三行三列の回転をあ
らわす行列成分と、三行一列のベクトル成分を有する行
列を演算し、前記回転運動演算手段は、回転軸を含む回
転座標系の単位ベクトルを求める単位ベクトル演算手段
と、回転軸回りの回転角を演算する回転角演算手段と、
回転中心座標を演算する回転中心演算手段の少なくとも
一つの演算手段を有することを特徴とする。
【００１３】また本発明にかかる剛体運動測定プログラ
ムは、剛体の運動を測定するコンピュータに、その制御
部により、相互に相対運動をする第一の剛体および第二
の剛体にそれぞれ取付け固定された複数のマーカーの三
次元座標を測定する三次元測定器に指令し、相対運動中
の前記三次元座標測定値をコンピュータのメモリー部に
取り込み、格納する測定処理手順と、コンピュータの演
算部により、前記メモリー部に格納された前記三次元座
標測定値を読み出し、第二の剛体と特定の位置関係をも
つ特定点の三次元座標および三次元回転角を、第一の剛
体に固定した座標系を基準にして演算する三次元六自由
度演算処理手順を実行させるための剛体運動測定プログ
ラムにおいて、さらに、コンピュータの演算部により、
相対運動中の第一の運動位置と第二の運動位置で得られ
た、前記特定点の二個の三次元六自由度演算結果から、
第一の剛体に固定した座標系を基準にした、前記特定点
の第一の運動位置から第二の運動位置への運動位置の変
化をあらわす行列を演算する運動行列演算処理手順と、
前記演算で得られた運動行列を、剛体の回転座標系基準
の回転運動行列に変換し、第二の剛体の回転運動特性値
を演算する回転運動演算処理手順を実行させることを特
徴とする。
ムは、剛体の運動を測定するコンピュータに、その制御
部により、相互に相対運動をする第一の剛体および第二
の剛体にそれぞれ取付け固定された複数のマーカーの三
次元座標を測定する三次元測定器に指令し、相対運動中
の前記三次元座標測定値をコンピュータのメモリー部に
取り込み、格納する測定処理手順と、コンピュータの演
算部により、前記メモリー部に格納された前記三次元座
標測定値を読み出し、第二の剛体と特定の位置関係をも
つ特定点の三次元座標および三次元回転角を、第一の剛
体に固定した座標系を基準にして演算する三次元六自由
度演算処理手順を実行させるための剛体運動測定プログ
ラムにおいて、さらに、コンピュータの演算部により、
相対運動中の第一の運動位置と第二の運動位置で得られ
た、前記特定点の二個の三次元六自由度演算結果から、
第一の剛体に固定した座標系を基準にした、前記特定点
の第一の運動位置から第二の運動位置への運動位置の変
化をあらわす行列を演算する運動行列演算処理手順と、
前記演算で得られた運動行列を、剛体の回転座標系基準
の回転運動行列に変換し、第二の剛体の回転運動特性値
を演算する回転運動演算処理手順を実行させることを特
徴とする。
【００１４】また本発明にかかる剛体運動測定プログラ
ムは、剛体の運動を測定するコンピュータに、コンピュ
ータの演算部により、相互に相対運動をする第一の剛体
および第二の剛体において、相対運動中の第一の運動位
置と第二の運動位置で得られた、第一の剛体に固定した
座標系を基準にして演算した、第二の剛体と特定の位置
関係をもつ特定点の、二個の三次元座標および三次元回
転角の三次元六自由度演算結果を、コンピュータのメモ
リー部から読み出して、第一の剛体に固定した座標系を
基準にした、前記特定点の第一の運動位置から第二の運
動位置への運動位置の変化をあらわす行列を演算する運
動行列演算処理手順と、前記演算で得られた運動行列
を、剛体の回転座標系基準の回転運動行列に変換し、第
二の剛体の回転運動特性値を演算する回転運動演算処理
手順を実行させることを特徴とする。
ムは、剛体の運動を測定するコンピュータに、コンピュ
ータの演算部により、相互に相対運動をする第一の剛体
および第二の剛体において、相対運動中の第一の運動位
置と第二の運動位置で得られた、第一の剛体に固定した
座標系を基準にして演算した、第二の剛体と特定の位置
関係をもつ特定点の、二個の三次元座標および三次元回
転角の三次元六自由度演算結果を、コンピュータのメモ
リー部から読み出して、第一の剛体に固定した座標系を
基準にした、前記特定点の第一の運動位置から第二の運
動位置への運動位置の変化をあらわす行列を演算する運
動行列演算処理手順と、前記演算で得られた運動行列
を、剛体の回転座標系基準の回転運動行列に変換し、第
二の剛体の回転運動特性値を演算する回転運動演算処理
手順を実行させることを特徴とする。
【００１５】また本発明にかかる剛体運動測定プログラ
ムにおいては、前記運動行列演算処理手順は、三行三列
の回転をあらわす行列成分と、三行一列のベクトル成分
を有する行列を演算処理し、前記回転運動演算処理手順
は、回転軸を含む回転座標系の単位ベクトルを求める単
位ベクトル演算処理手順と、回転軸回りの回転角を演算
する回転角演算処理手順工程と、回転中心座標を演算す
る回転中心演算処理手順の少なくとも一つの演算処理手
順を有することを特徴とする。
ムにおいては、前記運動行列演算処理手順は、三行三列
の回転をあらわす行列成分と、三行一列のベクトル成分
を有する行列を演算処理し、前記回転運動演算処理手順
は、回転軸を含む回転座標系の単位ベクトルを求める単
位ベクトル演算処理手順と、回転軸回りの回転角を演算
する回転角演算処理手順工程と、回転中心座標を演算す
る回転中心演算処理手順の少なくとも一つの演算処理手
順を有することを特徴とする。
【００１６】また本発明にかかる顎運動測定方法または
顎運動測定装置または顎運動測定プログラムにおいて
は、第一の剛体は被検体の上顎、第二の剛体は被検体の
下顎であることを特徴とする。
顎運動測定装置または顎運動測定プログラムにおいて
は、第一の剛体は被検体の上顎、第二の剛体は被検体の
下顎であることを特徴とする。
【００１７】本発明の顎運動測定方法または顎運動測定
装置または顎運動測定プログラムにおいて、被検体の上
顎および被検体の下顎に取付けられる複数のマーカー
は、反射型のマーカーであることが好ましい。
装置または顎運動測定プログラムにおいて、被検体の上
顎および被検体の下顎に取付けられる複数のマーカー
は、反射型のマーカーであることが好ましい。
【００１８】本発明にかかる剛体運動測定方法は、相互
に相対運動をする第一の剛体および第二の剛体にそれぞ
れ複数のマーカーを取付け固定し、相対運動中の前記複
数のマーカーの三次元座標を測定し、第二の剛体と特定
の位置関係をもつ特定点の三次元座標および三次元回転
角を、第一の剛体に固定した座標系を基準にして演算
し、相対運動中の第一の運動位置と第二の運動位置で得
られた、前記特定点の二個の三次元六自由度演算結果か
ら、第一の剛体に固定した座標系を基準にした、前記特
定点の第一の運動位置から第二の運動位置への運動位置
の変化をあらわす行列を演算する運動行列演算工程と、
前記演算で得られた運動行列を、剛体の回転座標系基準
の回転運動行列に変換し、第二の剛体の回転運動特性値
を演算するので、二個の剛体の機能で特徴づけられる相
対的な回転運動を、剛体の回転運動特性値により定量的
に測定ができる。
に相対運動をする第一の剛体および第二の剛体にそれぞ
れ複数のマーカーを取付け固定し、相対運動中の前記複
数のマーカーの三次元座標を測定し、第二の剛体と特定
の位置関係をもつ特定点の三次元座標および三次元回転
角を、第一の剛体に固定した座標系を基準にして演算
し、相対運動中の第一の運動位置と第二の運動位置で得
られた、前記特定点の二個の三次元六自由度演算結果か
ら、第一の剛体に固定した座標系を基準にした、前記特
定点の第一の運動位置から第二の運動位置への運動位置
の変化をあらわす行列を演算する運動行列演算工程と、
前記演算で得られた運動行列を、剛体の回転座標系基準
の回転運動行列に変換し、第二の剛体の回転運動特性値
を演算するので、二個の剛体の機能で特徴づけられる相
対的な回転運動を、剛体の回転運動特性値により定量的
に測定ができる。
【００１９】また本発明にかかる剛体運動測定方法にお
いては、三行三列の回転をあらわす行列成分と、三行一
列のベクトル成分を有する行列を演算し、回転軸を含む
回転座標系の単位ベクトル、回転軸回りの回転角、回転
中心座標を演算するので、これらの回転運動特性値を追
跡することで、二個の剛体の機能で特徴づけられる相対
的な回転運動の変化を定量的に測定できる。
いては、三行三列の回転をあらわす行列成分と、三行一
列のベクトル成分を有する行列を演算し、回転軸を含む
回転座標系の単位ベクトル、回転軸回りの回転角、回転
中心座標を演算するので、これらの回転運動特性値を追
跡することで、二個の剛体の機能で特徴づけられる相対
的な回転運動の変化を定量的に測定できる。
【００２０】さらに本発明の顎運動測定方法において
は、被検体の上顎および被検体の下顎に取付けられる複
数のマーカーは、反射型のマーカーであるので、一般室
での測定を可能である。
は、被検体の上顎および被検体の下顎に取付けられる複
数のマーカーは、反射型のマーカーであるので、一般室
での測定を可能である。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下図面を用いて本発明の実施の
形態について詳細に説明する。図１は、本発明にかかる
顎運動測定装置の実際の使用状況についての説明図であ
る。被検体１の頭部に三個の球状のマーカー１１を有す
るヘッドフレーム１２、下顎に三個の球状のマーカー１
１を有する下顎マーカー具１３が取付け固定される。測
定台１４の上に、上記ヘッドフレーム１２、下顎マーカ
ー具１３を両側から写す向きに第一反射鏡１５が二個配
置され、二個の第一反射鏡１５ａ、１５ｂに挟まれて、
第一反射鏡１５に写された像を写す向きに二個の第二反
射鏡１６が置かれる。二個の第二反射鏡１６ａ、１６ｂ
の一辺はお互いに接していて、その接した一辺がビデオ
カメラ１７の視野の中央になるように例えば３２０ｘ２
４０画素を有するビデオカメラ１７が置かれる。ビデオ
カメラ１７から信号ケーブル１８が、コンピュータ１９
に結ばれる。
形態について詳細に説明する。図１は、本発明にかかる
顎運動測定装置の実際の使用状況についての説明図であ
る。被検体１の頭部に三個の球状のマーカー１１を有す
るヘッドフレーム１２、下顎に三個の球状のマーカー１
１を有する下顎マーカー具１３が取付け固定される。測
定台１４の上に、上記ヘッドフレーム１２、下顎マーカ
ー具１３を両側から写す向きに第一反射鏡１５が二個配
置され、二個の第一反射鏡１５ａ、１５ｂに挟まれて、
第一反射鏡１５に写された像を写す向きに二個の第二反
射鏡１６が置かれる。二個の第二反射鏡１６ａ、１６ｂ
の一辺はお互いに接していて、その接した一辺がビデオ
カメラ１７の視野の中央になるように例えば３２０ｘ２
４０画素を有するビデオカメラ１７が置かれる。ビデオ
カメラ１７から信号ケーブル１８が、コンピュータ１９
に結ばれる。
【００２２】図２は、ヘッドフレーム１２、下顎マーカ
ー具１３の詳細図であり、これらにはそれぞれ三個の軽
量なマーカー１１、例えば直径が１０ｍｍから３０ｍｍ
の球状の発泡スチロールなどの軽い材質からなる青色の
マーカー、を有する。これらマーカーは、プラスチック
等の軽量材質の棒状または板状のフレーム材を組み合わ
せたトラス構造等の剛性を有するフレーム体２０，２１
に接着剤などで固定される。ヘッドフレーム１２は、フ
レーム体２０に、布またはプラスチック等の可撓性材質
の帯材２２が固定して取付けられ、全体として被検体の
頭部に沿うような形状に作られる。帯材の一部におい
て、例えばマジックテープ（登録商標）の名称で呼ばれ
る着脱自在な締め付け部分２３を有する。下顎マーカー
具１３は、フレーム体２１の一部に、金属製等の軽量で
剛性の十分ある材質の板状の取付板２４が固定して取付
けられ、その取付板２４の先にはマウスピース２５が固
定して取付けられる。
ー具１３の詳細図であり、これらにはそれぞれ三個の軽
量なマーカー１１、例えば直径が１０ｍｍから３０ｍｍ
の球状の発泡スチロールなどの軽い材質からなる青色の
マーカー、を有する。これらマーカーは、プラスチック
等の軽量材質の棒状または板状のフレーム材を組み合わ
せたトラス構造等の剛性を有するフレーム体２０，２１
に接着剤などで固定される。ヘッドフレーム１２は、フ
レーム体２０に、布またはプラスチック等の可撓性材質
の帯材２２が固定して取付けられ、全体として被検体の
頭部に沿うような形状に作られる。帯材の一部におい
て、例えばマジックテープ（登録商標）の名称で呼ばれ
る着脱自在な締め付け部分２３を有する。下顎マーカー
具１３は、フレーム体２１の一部に、金属製等の軽量で
剛性の十分ある材質の板状の取付板２４が固定して取付
けられ、その取付板２４の先にはマウスピース２５が固
定して取付けられる。
【００２３】図３は、第一反射鏡１５、第二反射鏡１
６、ビデオカメラ１７の光学的配置関係を、上面図的に
示したものである。マーカー１１が取付け固定されたヘ
ッドフレーム１２、下顎マーカー具１３の、直交するＯ
Ｘ、ＯＹ軸上の像が、実線で示される光路２６に従い、
ビデオカメラ１７に達し、ＯＹ軸上の像がビデオカメラ
１７の左半分の視野、ＯＸ軸上の像がビデオカメラ１７
の右半分の視野に写るように、第一反射鏡１５ａ、１５
ｂ、第二反射鏡１６ａ、１６ｂが配置される。この配置
は、古典的光学公式および幾何学公式を用いて光路２６
を設計することで、被検体の大きさ、装置全体の大きさ
などの制約条件に合わせて適切に設定できる。本発明の
実施の形態においては、二個の第二反射鏡１６ａ、１６
ｂが互いに直交し、かつＯＸ軸、ＯＹ軸にも直交し、ビ
デオカメラ１７が、ＯＸ軸、ＯＹ軸の交点ＯからＯＸ軸
より４５度の角度をなす線上に置かれる条件の下で配置
した。
６、ビデオカメラ１７の光学的配置関係を、上面図的に
示したものである。マーカー１１が取付け固定されたヘ
ッドフレーム１２、下顎マーカー具１３の、直交するＯ
Ｘ、ＯＹ軸上の像が、実線で示される光路２６に従い、
ビデオカメラ１７に達し、ＯＹ軸上の像がビデオカメラ
１７の左半分の視野、ＯＸ軸上の像がビデオカメラ１７
の右半分の視野に写るように、第一反射鏡１５ａ、１５
ｂ、第二反射鏡１６ａ、１６ｂが配置される。この配置
は、古典的光学公式および幾何学公式を用いて光路２６
を設計することで、被検体の大きさ、装置全体の大きさ
などの制約条件に合わせて適切に設定できる。本発明の
実施の形態においては、二個の第二反射鏡１６ａ、１６
ｂが互いに直交し、かつＯＸ軸、ＯＹ軸にも直交し、ビ
デオカメラ１７が、ＯＸ軸、ＯＹ軸の交点ＯからＯＸ軸
より４５度の角度をなす線上に置かれる条件の下で配置
した。
【００２４】図４は、コンピュータ１９のハードウエア
構成を示すブロック図である。キーボード３１などに結
ばれる入力部３２、前記ビデオカメラなどの三次元測定
器１７に結ばれる三次元測定器インタフェイス３３、三
次元測定器１７の測定指令などを含め全体のシステムの
コントロールを行なう制御部３４、測定値、演算結果な
どのデータを格納するメモリー部３５、必要な場合に接
続される外部記憶装置３６、演算を行なう演算部３７、
演算結果などのデータをＣＲＴ画面、プロッタ等の表示
装置３８に出力する出力部３９を有し、これらはバスラ
インでＣＰＵ４０に結ばれる。
構成を示すブロック図である。キーボード３１などに結
ばれる入力部３２、前記ビデオカメラなどの三次元測定
器１７に結ばれる三次元測定器インタフェイス３３、三
次元測定器１７の測定指令などを含め全体のシステムの
コントロールを行なう制御部３４、測定値、演算結果な
どのデータを格納するメモリー部３５、必要な場合に接
続される外部記憶装置３６、演算を行なう演算部３７、
演算結果などのデータをＣＲＴ画面、プロッタ等の表示
装置３８に出力する出力部３９を有し、これらはバスラ
インでＣＰＵ４０に結ばれる。
【００２５】つぎに本発明の実施の形態の作用について
説明する。まず測定の前段階として被検体１は図２に示
すように、三個のマーカー１１を有するヘッドフレーム
１２を頭にかぶり、フレーム体２０、帯材２２が頭部に
沿って安定させた後締め付け部分２３を用いてしっかり
とヘッドフレーム１２を頭部に固定する。頭部と上顎
は、運動上一体の剛体とみなせるので、ヘッドフレーム
１２に取付け固定された三個のマーカー１１の運動は、
被検体１の上顎の運動をあらわすと考えて良い。つぎに
被検体１の下顎、具体的には下歯茎の部分にマウスピー
ス２５を歯科用瞬間接着剤でしっかり取付け固定する。
したがって下顎マーカー具１３に取付け固定された三個
のマーカー１１の運動は被検体１の下顎の運動をあらわ
すと考えて良い。ヘッドフレーム１２、下顎マーカー具
１３の準備ができた被検体１は、第一反射鏡１５、第二
反射鏡１６、ビデオカメラ１７が設置された測定台１４
に向かって椅子などに座る。
説明する。まず測定の前段階として被検体１は図２に示
すように、三個のマーカー１１を有するヘッドフレーム
１２を頭にかぶり、フレーム体２０、帯材２２が頭部に
沿って安定させた後締め付け部分２３を用いてしっかり
とヘッドフレーム１２を頭部に固定する。頭部と上顎
は、運動上一体の剛体とみなせるので、ヘッドフレーム
１２に取付け固定された三個のマーカー１１の運動は、
被検体１の上顎の運動をあらわすと考えて良い。つぎに
被検体１の下顎、具体的には下歯茎の部分にマウスピー
ス２５を歯科用瞬間接着剤でしっかり取付け固定する。
したがって下顎マーカー具１３に取付け固定された三個
のマーカー１１の運動は被検体１の下顎の運動をあらわ
すと考えて良い。ヘッドフレーム１２、下顎マーカー具
１３の準備ができた被検体１は、第一反射鏡１５、第二
反射鏡１６、ビデオカメラ１７が設置された測定台１４
に向かって椅子などに座る。
【００２６】つぎに、図３の配置関係におけるマーカー
１１の位置座標測定原理を図５に示す。被検体１は、Ｏ
Ｘ軸、ＯＹ軸であらわされる平面の第一象限の位置に座
る。図３に示す光学系は、ＯＸ軸上の像、ＯＹ軸上の像
を、反射鏡によりそれぞれビデオカメラ１７の右半分、
左半分の視野へ写すので、一台のビデオカメラを用いて
いるが、作用上は、ＯＸ軸、ＯＹ軸上にそれぞれカメラ
Ｃ１、Ｃ２を設置したことと等価である。前記第一象限
に、「矢印の根元に黒丸」の物体を置いたときの、その
像の写る様子を図５（ａ）に示した。仮想的なカメラＣ
２が、前記第一象限の「矢印の根元に黒丸」をみると
き、ＯＹ軸にはＣ２点と「矢印の根元に黒丸」を結ぶ線
のＯＹ軸における交点が写る。同様に、仮想的なカメラ
Ｃ１が、前記第一象限の「矢印の根元に黒丸」をみると
き、ＯＸ軸にはＣ１点と「矢印の根元に黒丸」を結ぶ線
のＯＸ軸における交点が写る。今黒丸を代表する点をＭ
点とし、その座標を（Ｘ1、Ｙ1、Ｚ1）とすると、ＯＸ
上の写る像の座標ｘ1、ＯＹ軸上の写る像の座標ｙ1は、
Ｃ１、Ｃ２およびＭ点の位置関係により定まり、また、
ＯＸ軸上、ＯＹ軸上の像が第一反射鏡１５ａ、１５ｂに
写る像の座標は、第一反射鏡１５ａ、１５ｂがＯＸ軸、
ＯＹ軸との置かれる角度で定まる。同様に第一反射鏡１
５ａ、１５ｂに写る像の座標が第二反射鏡１６ａ、１６
ｂに写る像、第二反射鏡１６ａ、１６ｂに写る像の座標
がビデオカメラ１７に写る像の座標ｘb、ｙbもこれらの
相対的な角度で定まる。したがってＭ点の座標（Ｘ1、
Ｙ1、Ｚ1）のうちＸ1、Ｙ1については、ビデオカメラ１
７に写る像の座標ｘb、ｙbから求められる。ここで仮想
的なカメラの位置Ｃ１，Ｃ２は分かっていないが、予め
長さが分かっている校正用物体を前記第一象限に置き、
最終的にビデオカメラ上に写る前記校正用物体の長さを
計算で求めて校正することで、光学系全体の座標変換の
倍率を求めることができる。
１１の位置座標測定原理を図５に示す。被検体１は、Ｏ
Ｘ軸、ＯＹ軸であらわされる平面の第一象限の位置に座
る。図３に示す光学系は、ＯＸ軸上の像、ＯＹ軸上の像
を、反射鏡によりそれぞれビデオカメラ１７の右半分、
左半分の視野へ写すので、一台のビデオカメラを用いて
いるが、作用上は、ＯＸ軸、ＯＹ軸上にそれぞれカメラ
Ｃ１、Ｃ２を設置したことと等価である。前記第一象限
に、「矢印の根元に黒丸」の物体を置いたときの、その
像の写る様子を図５（ａ）に示した。仮想的なカメラＣ
２が、前記第一象限の「矢印の根元に黒丸」をみると
き、ＯＹ軸にはＣ２点と「矢印の根元に黒丸」を結ぶ線
のＯＹ軸における交点が写る。同様に、仮想的なカメラ
Ｃ１が、前記第一象限の「矢印の根元に黒丸」をみると
き、ＯＸ軸にはＣ１点と「矢印の根元に黒丸」を結ぶ線
のＯＸ軸における交点が写る。今黒丸を代表する点をＭ
点とし、その座標を（Ｘ1、Ｙ1、Ｚ1）とすると、ＯＸ
上の写る像の座標ｘ1、ＯＹ軸上の写る像の座標ｙ1は、
Ｃ１、Ｃ２およびＭ点の位置関係により定まり、また、
ＯＸ軸上、ＯＹ軸上の像が第一反射鏡１５ａ、１５ｂに
写る像の座標は、第一反射鏡１５ａ、１５ｂがＯＸ軸、
ＯＹ軸との置かれる角度で定まる。同様に第一反射鏡１
５ａ、１５ｂに写る像の座標が第二反射鏡１６ａ、１６
ｂに写る像、第二反射鏡１６ａ、１６ｂに写る像の座標
がビデオカメラ１７に写る像の座標ｘb、ｙbもこれらの
相対的な角度で定まる。したがってＭ点の座標（Ｘ1、
Ｙ1、Ｚ1）のうちＸ1、Ｙ1については、ビデオカメラ１
７に写る像の座標ｘb、ｙbから求められる。ここで仮想
的なカメラの位置Ｃ１，Ｃ２は分かっていないが、予め
長さが分かっている校正用物体を前記第一象限に置き、
最終的にビデオカメラ上に写る前記校正用物体の長さを
計算で求めて校正することで、光学系全体の座標変換の
倍率を求めることができる。
【００２７】Ｍ点の座標（Ｘ1、Ｙ1、Ｚ1）のうちＺ1は
図５（ｂ）の関係から求める。Ｍ点の高さ座標Ｚ1は、
Ｃ２点からみると、ＯＹ軸よりｘ1離れた点をＯＹ軸上
に写す。その写る座標をｚL（Ｌは、ビデオカメラで左
側という意味で便宜上つけた）とする。これに対し、同
じＭ点の高さ座標をＣ１点からみるときは、ＯＸ軸より
ｙ1離れた点をＯＸ軸上に写す。その写る座標をｚR（Ｒ
はビデオカメラの右側の意味）とすると、ｘ1とｙ1が異
なるときはｚLとｚRは区別できる。ｘ1、ｙ1は既知であ
るから、このｚLとｚRの差よりＺ1を求めることができ
る。
図５（ｂ）の関係から求める。Ｍ点の高さ座標Ｚ1は、
Ｃ２点からみると、ＯＹ軸よりｘ1離れた点をＯＹ軸上
に写す。その写る座標をｚL（Ｌは、ビデオカメラで左
側という意味で便宜上つけた）とする。これに対し、同
じＭ点の高さ座標をＣ１点からみるときは、ＯＸ軸より
ｙ1離れた点をＯＸ軸上に写す。その写る座標をｚR（Ｒ
はビデオカメラの右側の意味）とすると、ｘ1とｙ1が異
なるときはｚLとｚRは区別できる。ｘ1、ｙ1は既知であ
るから、このｚLとｚRの差よりＺ1を求めることができ
る。
【００２８】上に述べたマーカーの位置座標の測定原理
に基づいて、コンピュータ１９において、その制御部３
４、メモリー部３５、演算部３７等に所定の処理手順を
実行させるプログラムに従って、ビデオカメラ１７の撮
像の指令を出し、撮像されたデータを取り込んで演算等
の処理をする。図６に本発明の実施の形態におけるフロ
ーチャートを示す。
に基づいて、コンピュータ１９において、その制御部３
４、メモリー部３５、演算部３７等に所定の処理手順を
実行させるプログラムに従って、ビデオカメラ１７の撮
像の指令を出し、撮像されたデータを取り込んで演算等
の処理をする。図６に本発明の実施の形態におけるフロ
ーチャートを示す。
【００２９】ＳＴＥＰ１は、カメラで下顎、上顎のマー
カー座標を読み込む処理手順である。コンピュータ１９
において、制御部３４の指令によりＡＶＩ（オーディオ
ビデオインターフェイス）を持つキャプチャーボード等
の三次元測定器インタフェイス３３を介して、ビデオカ
メラ１７に備えられるＣＣＤ等の撮像素子により得られ
る毎秒３０フレームの被検体の動画を、一フレームごと
にコンピュータ１９に取り込み、各一フレームの３２０
＊２４０の画素面におけるマーカーの位置を認識し、演
算部３７で、図５で説明した座標測定原理に従って、被
検体上のマーカーの三次元位置座標を演算し、測定され
た下顎、上顎のマーカー座標測定値をメモリー部３５に
格納する。
カー座標を読み込む処理手順である。コンピュータ１９
において、制御部３４の指令によりＡＶＩ（オーディオ
ビデオインターフェイス）を持つキャプチャーボード等
の三次元測定器インタフェイス３３を介して、ビデオカ
メラ１７に備えられるＣＣＤ等の撮像素子により得られ
る毎秒３０フレームの被検体の動画を、一フレームごと
にコンピュータ１９に取り込み、各一フレームの３２０
＊２４０の画素面におけるマーカーの位置を認識し、演
算部３７で、図５で説明した座標測定原理に従って、被
検体上のマーカーの三次元位置座標を演算し、測定され
た下顎、上顎のマーカー座標測定値をメモリー部３５に
格納する。
【００３０】ＳＴＥＰ２は、下顎特定点、上顎特定点の
座標と単位ベクトル算出の処理手順、である。すなわち
第一の剛体および第二の剛体とそれぞれ特定の位置関係
をもつ特定点の三次元座標および三次元回転角の三次元
六自由度を演算する処理手順である。まず特定点と単位
ベクトルを定める処理手順について、図７に下顎の場合
を示す。下顎マーカー具１３に取付けられた三個のマー
カーで定義される平面Ａを考え、一つのマーカーを特定
点ＬOとし、その特定点を原点とする。つぎに他のマー
カーのうち一つのマーカーを含む方向をＸ軸とし、Ｘ軸
上のそのマーカーの占める位置を点ＬXとして、平面Ａ
上で特定点ＬOを通り、線分ＬOＬXに直交する方向にＹ
軸を取り、Ｙ軸上で特定点ＬOからの距離が線分ＬOＬX
の長さに等しくなる位置を点ＬYとする。さらに平面Ａ
に垂直方向で特定点ＬOを通る方向にＺ軸を取り、Ｚ軸
上で特定点ＬOからの距離が線分ＬOＬX、ＬOＬYの長さ
に等しくなる位置を点ＬZとする。このようにして、下
顎と特定の位置関係を持つ座標系の特定点ＬOと、特定
点ＬOを原点とする単位ベクトルＬOＬX、ＬOＬY、ＬOＬ
Zを定める。上顎についても同様である。
座標と単位ベクトル算出の処理手順、である。すなわち
第一の剛体および第二の剛体とそれぞれ特定の位置関係
をもつ特定点の三次元座標および三次元回転角の三次元
六自由度を演算する処理手順である。まず特定点と単位
ベクトルを定める処理手順について、図７に下顎の場合
を示す。下顎マーカー具１３に取付けられた三個のマー
カーで定義される平面Ａを考え、一つのマーカーを特定
点ＬOとし、その特定点を原点とする。つぎに他のマー
カーのうち一つのマーカーを含む方向をＸ軸とし、Ｘ軸
上のそのマーカーの占める位置を点ＬXとして、平面Ａ
上で特定点ＬOを通り、線分ＬOＬXに直交する方向にＹ
軸を取り、Ｙ軸上で特定点ＬOからの距離が線分ＬOＬX
の長さに等しくなる位置を点ＬYとする。さらに平面Ａ
に垂直方向で特定点ＬOを通る方向にＺ軸を取り、Ｚ軸
上で特定点ＬOからの距離が線分ＬOＬX、ＬOＬYの長さ
に等しくなる位置を点ＬZとする。このようにして、下
顎と特定の位置関係を持つ座標系の特定点ＬOと、特定
点ＬOを原点とする単位ベクトルＬOＬX、ＬOＬY、ＬOＬ
Zを定める。上顎についても同様である。
【００３１】つぎに、この特定点ＬOの位置座標を、ビ
デオカメラ１７の座標系から測定したときの位置座標の
変換ＴLCは、式（１）で算出される。
デオカメラ１７の座標系から測定したときの位置座標の
変換ＴLCは、式（１）で算出される。
【数１】 ここでＴLCは下顎と特定の位置関係を持つ座標系からビ
デオカメラ１７の座標系への変換を表し、ＣX、ＣY、Ｃ
Zはビデオカメラ１７の座標系から見た位置座標、ＬX、
ＬY、ＬZは下顎と特定の位置関係を持つ座標系から見た
位置座標、ＧCLは単位ベクトルの回転変換を表す三行三
列の行列、ａCLは三行一列のベクトルである。今の場合
ＬX、ＬY、ＬZは原点であるからいずれもゼロである。
この式（１）の演算により、特定点ＬOの三次元座標お
よび三次元回転角が算出される。
デオカメラ１７の座標系への変換を表し、ＣX、ＣY、Ｃ
Zはビデオカメラ１７の座標系から見た位置座標、ＬX、
ＬY、ＬZは下顎と特定の位置関係を持つ座標系から見た
位置座標、ＧCLは単位ベクトルの回転変換を表す三行三
列の行列、ａCLは三行一列のベクトルである。今の場合
ＬX、ＬY、ＬZは原点であるからいずれもゼロである。
この式（１）の演算により、特定点ＬOの三次元座標お
よび三次元回転角が算出される。
【００３２】同様に、上顎と特定の位置関係を持つ座標
系の特定点ＵO、特定点ＵOを原点とする単位ベクトルＵ
OＵX、ＵOＵY、ＵOＵZを定められる。つぎにこの特定点
ＵOの位置座標を、ビデオカメラ１７の座標系から測定
したときの位置座標への変換ＴUCは、式（２）で算出さ
れる。
系の特定点ＵO、特定点ＵOを原点とする単位ベクトルＵ
OＵX、ＵOＵY、ＵOＵZを定められる。つぎにこの特定点
ＵOの位置座標を、ビデオカメラ１７の座標系から測定
したときの位置座標への変換ＴUCは、式（２）で算出さ
れる。
【数２】 記号の意味は、式１と同様である。
【００３３】すなわちこの処理手順は、コンピュータ１
９において、下顎、上顎のマーカー座標測定値をメモリ
ー部３５から読み出して、演算部３７で、下顎、上顎と
それぞれ特定の位置関係を持つ特定点と単位ベクトルを
定め、式（１）、（２）を演算し、算出したデータは、
メモリー部３５に格納する。
９において、下顎、上顎のマーカー座標測定値をメモリ
ー部３５から読み出して、演算部３７で、下顎、上顎と
それぞれ特定の位置関係を持つ特定点と単位ベクトルを
定め、式（１）、（２）を演算し、算出したデータは、
メモリー部３５に格納する。
【００３４】ＳＴＥＰ３は、上顎特定点の座標、単位ベ
クトルを基準として変換する処理手順である。ＳＴＥＰ
２の式（１）、式（２）の演算で得られた、特定点ＬO
および特定点ＵOのビデオカメラ１７の座標系から測定
したときの位置座標から、上顎と特定の位置関係を持つ
特定点ＵOの三次元座標、単位ベクトルを基準にして、
下顎と特定の位置関係を持つ特定点ＬOの三次元座標、
三次元回転角を変換する。
クトルを基準として変換する処理手順である。ＳＴＥＰ
２の式（１）、式（２）の演算で得られた、特定点ＬO
および特定点ＵOのビデオカメラ１７の座標系から測定
したときの位置座標から、上顎と特定の位置関係を持つ
特定点ＵOの三次元座標、単位ベクトルを基準にして、
下顎と特定の位置関係を持つ特定点ＬOの三次元座標、
三次元回転角を変換する。
【００３５】一般に、ＡからＢへの変換をＴAB、Ｂから
Ｃへの変換をＴBC、ＣからＡへの変換をＴCAとすると、
これら三者間に式（３）が成り立つ。
Ｃへの変換をＴBC、ＣからＡへの変換をＴCAとすると、
これら三者間に式（３）が成り立つ。
【数３】 ＴCAｏＴBCｏＴAB＝１ ＴBC＝ＴCA -1ｏＴAB -1＝ＴCA -1ｏＴBA ・・・（３） ここで、例えばＴBCｏＴABは、ＴABに変換ＴBCを施した
ことを表すものとする。したがって、いまＡをビデオカ
メラの座標系、Ｂを下顎と特定の位置関係を持つ座標
系、Ｃを上顎と特定の位置関係を持つ座標系とすると、
下顎と特定の位置関係を持つ特定点ＬOの三次元座標、
三次元回転角を、上顎と特定の位置関係を持つ特定点Ｕ
Oの三次元座標、単位ベクトルを基準にして変換すると
きの変換ＴLUは、式（１）のＴLC、式（２）のＴUCから
式（４）で算出される。
ことを表すものとする。したがって、いまＡをビデオカ
メラの座標系、Ｂを下顎と特定の位置関係を持つ座標
系、Ｃを上顎と特定の位置関係を持つ座標系とすると、
下顎と特定の位置関係を持つ特定点ＬOの三次元座標、
三次元回転角を、上顎と特定の位置関係を持つ特定点Ｕ
Oの三次元座標、単位ベクトルを基準にして変換すると
きの変換ＴLUは、式（１）のＴLC、式（２）のＴUCから
式（４）で算出される。
【数４】 ＴLU＝ＴUC -1ｏＴLC ・・・（４） このようにして得られたＴLUを用いて、上顎と下顎が相
互に相対運動をしたときでも、上顎を基準に下顎の運動
を捉えることができるので、以後は特に断らない限り、
この上顎基準の下顎の運動を考える。
互に相対運動をしたときでも、上顎を基準に下顎の運動
を捉えることができるので、以後は特に断らない限り、
この上顎基準の下顎の運動を考える。
【００３６】すなわちこの処理手順は、コンピュータ１
９において、メモリー部３５に格納されている、下顎と
特定の位置関係をもつ特定点の三次元座標および三次元
回転角と、上顎と特定の位置関係をもつ特定点の三次元
座標および三次元回転角のデータを読み出し、これを演
算部３７において、上顎に固定した座標系を基準とし
て、下顎の特定点の三次元座標および三次元回転角のデ
ータを座標変換する。座標変換したデータは、メモリー
部３５に格納する。
９において、メモリー部３５に格納されている、下顎と
特定の位置関係をもつ特定点の三次元座標および三次元
回転角と、上顎と特定の位置関係をもつ特定点の三次元
座標および三次元回転角のデータを読み出し、これを演
算部３７において、上顎に固定した座標系を基準とし
て、下顎の特定点の三次元座標および三次元回転角のデ
ータを座標変換する。座標変換したデータは、メモリー
部３５に格納する。
【００３７】ＳＴＥＰ４は、相対運動中であるかどうか
判断し、相対運動中のときは、ＳＴＥＰ１からＳＴＥＰ
３までを繰り返し、相対運動が終了し、データ測定の必
要がなくなれば、ＳＴＥＰ１からＳＴＥＰ３までの処理
を終了し、次のＳＴＥＰ５に進む。例えば一連の相対運
動を３００フレームの動画データで測定するときは、約
１０秒でＳＴＥＰ１からＳＴＥＰ３までの処理を終了す
る。
判断し、相対運動中のときは、ＳＴＥＰ１からＳＴＥＰ
３までを繰り返し、相対運動が終了し、データ測定の必
要がなくなれば、ＳＴＥＰ１からＳＴＥＰ３までの処理
を終了し、次のＳＴＥＰ５に進む。例えば一連の相対運
動を３００フレームの動画データで測定するときは、約
１０秒でＳＴＥＰ１からＳＴＥＰ３までの処理を終了す
る。
【００３８】ＳＴＥＰ５は、運動位置の変化を示す行列
算出の処理手順である。一般に空間における運動は回転
と平行移動の合成である。空間にある座標系を定める
と、空間の点は三次元のベクトルとして表現できるの
で、今ある空間点をＭとして、ｘをそのベクトルとす
る。運動により点Ｍを動かすとき、その運動後の座標
は、回転を表す行列Ｇとベクトルａを用いて、Ｇｘ＋ａ
と表される。これを行列の積で示すために、三行一列の
ｘにもう一行１を加えた四行一列として、式（５）のよ
うに表す。
算出の処理手順である。一般に空間における運動は回転
と平行移動の合成である。空間にある座標系を定める
と、空間の点は三次元のベクトルとして表現できるの
で、今ある空間点をＭとして、ｘをそのベクトルとす
る。運動により点Ｍを動かすとき、その運動後の座標
は、回転を表す行列Ｇとベクトルａを用いて、Ｇｘ＋ａ
と表される。これを行列の積で示すために、三行一列の
ｘにもう一行１を加えた四行一列として、式（５）のよ
うに表す。
【数５】 つまり、点Ｍの運動は、回転をあらわす三行三列の行列
成分Ｇと、三行一列の行列成分であるベクトルａを含む
四行四列の行列で表すことができる。
成分Ｇと、三行一列の行列成分であるベクトルａを含む
四行四列の行列で表すことができる。
【００３９】いま下顎の特定点ＬOについて第一の運動
位置を表す四行四列の行列をＨ1Uと、第二の運動位置を
表す四行四列の行列をＨ2Uとすると、これらはそれぞれ
第一の運動位置、第二の運動位置から上顎の特定点ＵO
への変換に相当する。式（３）の関係を用いれば、下顎
の特定点ＬOについて第一の運動位置から第二の運動位
置への運動をあらわす変換Ｈ12は、式（６）で表され
る。
位置を表す四行四列の行列をＨ1Uと、第二の運動位置を
表す四行四列の行列をＨ2Uとすると、これらはそれぞれ
第一の運動位置、第二の運動位置から上顎の特定点ＵO
への変換に相当する。式（３）の関係を用いれば、下顎
の特定点ＬOについて第一の運動位置から第二の運動位
置への運動をあらわす変換Ｈ12は、式（６）で表され
る。
【数６】 Ｈ12＝Ｈ2U -1ｏＨ1U ・・・（６）
【００４０】すなわちこの処理手順は、コンピュータ１
９において、メモリー部３５に格納された式（４）のＴ
LUのデータから、第一の運動状態、第二の運動状態にお
けるデータを読み出し、それぞれＨ1U、Ｈ2Uとして、演
算部３７において式（６）を演算することで、第一の剛
体に固定した座標系を基準にした、前記特定点の第一の
運動位置から第二の運動位置への運動位置の変化をあら
わす運動行列を演算し、その結果をメモリー部３５に格
納する。
９において、メモリー部３５に格納された式（４）のＴ
LUのデータから、第一の運動状態、第二の運動状態にお
けるデータを読み出し、それぞれＨ1U、Ｈ2Uとして、演
算部３７において式（６）を演算することで、第一の剛
体に固定した座標系を基準にした、前記特定点の第一の
運動位置から第二の運動位置への運動位置の変化をあら
わす運動行列を演算し、その結果をメモリー部３５に格
納する。
【００４１】ＳＴＥＰ６は、回転座標系の単位ベクトル
算出の処理手順である。回転中心を通る回転軸方向の単
位ベクトルは、回転を表す行列Ｇの、固有値１を持つ固
有ベクトルであるから、式（６）で演算された四行四列
の行列Ｈ12の回転を表す三行三列の行列成分Ｇについ
て、その固有値が１である固有ベクトルを、よく知られ
た掃き出し法などを用いて算出して回転軸方向の単位ベ
クトルを定め、残りの二軸の単位ベクトルもその過程で
演算する。
算出の処理手順である。回転中心を通る回転軸方向の単
位ベクトルは、回転を表す行列Ｇの、固有値１を持つ固
有ベクトルであるから、式（６）で演算された四行四列
の行列Ｈ12の回転を表す三行三列の行列成分Ｇについ
て、その固有値が１である固有ベクトルを、よく知られ
た掃き出し法などを用いて算出して回転軸方向の単位ベ
クトルを定め、残りの二軸の単位ベクトルもその過程で
演算する。
【００４２】すなわちこの処理手順は、コンピュータ１
９においてメモリー部３５に格納された四行四列の行列
Ｈ12を読み出して、演算部３７において、その回転を表
す三行三列の行列の行列について、固有値１の固有ベク
トルを求める演算処理を行い、その結果をメモリー部３
５に格納する。
９においてメモリー部３５に格納された四行四列の行列
Ｈ12を読み出して、演算部３７において、その回転を表
す三行三列の行列の行列について、固有値１の固有ベク
トルを求める演算処理を行い、その結果をメモリー部３
５に格納する。
【００４３】ＳＴＥＰ７は、回転角算出の処理手順であ
る。ＳＴＥＰ６で得られた回転座標系の単位ベクトルを
Ｐとすると、式（７）の関係にあることはよく知られて
いる。
る。ＳＴＥＰ６で得られた回転座標系の単位ベクトルを
Ｐとすると、式（７）の関係にあることはよく知られて
いる。
【数７】 ここでθが、剛体の回転軸周りの回転角を表す。すなわ
ちコンピュータ１９において、メモリー部３５に格納さ
れているＨ12のデータと、固有ベクトルＰを読み出し
て、式（７）を演算し、その結果をメモリー部３５に格
納する。
ちコンピュータ１９において、メモリー部３５に格納さ
れているＨ12のデータと、固有ベクトルＰを読み出し
て、式（７）を演算し、その結果をメモリー部３５に格
納する。
【００４４】ＳＴＥＰ８は、回転中心座標算出の処理手
順である。下顎と特定の位置関係をもつ特定点ＬOの第
一の運動位置から第二の運動位置への運動をあらわす運
動行列Ｈ12のベクトル成分ａについて、式（８）で示す
ように、ａを回転座標系でみれば、回転軸方向の回転中
心の平行移動成分ｂ1と、回転中心周りの回転角θによ
る座標移動成分ｂ0に分けられる。
順である。下顎と特定の位置関係をもつ特定点ＬOの第
一の運動位置から第二の運動位置への運動をあらわす運
動行列Ｈ12のベクトル成分ａについて、式（８）で示す
ように、ａを回転座標系でみれば、回転軸方向の回転中
心の平行移動成分ｂ1と、回転中心周りの回転角θによ
る座標移動成分ｂ0に分けられる。
【数８】 ここでａは三行一列、ｂ0は二行一列、ｂ1はスカラー量
である。ｂ0は、回転中心から特定点ＬOへの回転半径を
ｃ0とすれば、式（９）の関係を持つ。
である。ｂ0は、回転中心から特定点ＬOへの回転半径を
ｃ0とすれば、式（９）の関係を持つ。
【数９】 ｂ0＝ｃ0−Ｇ＊ｃ0 ｃ0＝（Ｉ−Ｇ）-1＊ｂ0 ・・・（９） ここでＩは単位行列である。このｃ0と特定点ＬOの位置
座標から回転中心の位置座標が算出できる。すなわち、
コンピュータ１９において、メモリー部３５に格納され
ているＨ12を読み出し、演算部３７でベクトル成分ａに
ついて式（８）、（９）を演算し、回転中心座標を算出
し、結果をメモリー部３５に格納する。
座標から回転中心の位置座標が算出できる。すなわち、
コンピュータ１９において、メモリー部３５に格納され
ているＨ12を読み出し、演算部３７でベクトル成分ａに
ついて式（８）、（９）を演算し、回転中心座標を算出
し、結果をメモリー部３５に格納する。
【００４５】ＳＴＥＰ９は、メモリー部３５に格納され
ている一連の相対運動のデータについて、ＳＴＥＰ５か
らＳＴＥＰ８の処理手順がすべて完了したか判断し、未
完了のときはＳＴＥＰ１からＳＴＥＰ３までの処理を終
了の処理手順を繰り返し、完了したときはつぎのＳＴＥ
Ｐ１０に進む。例えば一連の相対運動を３００フレーム
の動画データから演算するときは、約五分でＳＴＥＰ１
からＳＴＥＰ３までの処理を終了する。
ている一連の相対運動のデータについて、ＳＴＥＰ５か
らＳＴＥＰ８の処理手順がすべて完了したか判断し、未
完了のときはＳＴＥＰ１からＳＴＥＰ３までの処理を終
了の処理手順を繰り返し、完了したときはつぎのＳＴＥ
Ｐ１０に進む。例えば一連の相対運動を３００フレーム
の動画データから演算するときは、約五分でＳＴＥＰ１
からＳＴＥＰ３までの処理を終了する。
【００４６】ＳＴＥＰ１０は、表示の処理手順である。
回転軸を含む回転座標系の単位ベクトル、回転軸回りの
回転角、回転中心座標の少なくとも一つの回転運動特性
値を表示する。すなわちコンピュータ１９において、メ
モリー部３５から、これらの回転運動特性値を読み出し
て、出力部３９を介してコンピュータのＣＲＴ画面、プ
ロッタ等の表示装置３８に表示する。
回転軸を含む回転座標系の単位ベクトル、回転軸回りの
回転角、回転中心座標の少なくとも一つの回転運動特性
値を表示する。すなわちコンピュータ１９において、メ
モリー部３５から、これらの回転運動特性値を読み出し
て、出力部３９を介してコンピュータのＣＲＴ画面、プ
ロッタ等の表示装置３８に表示する。
【００４７】図８は、本発明の実施の形態における測定
結果の例であり、図８（ａ）は健常者について、図８
（ｂ）はクリック症状を有する患者について、上顎に対
して下顎を次第に開き次いで次第に閉じる運動を行な
い、横軸に時間（画像フレーム番号）をとり、縦軸にそ
の時々刻々の下顎の回転軸に対しての回転角、回転中心
位置座標、回転単位ベクトル、回転中心の平行移動量を
表したものである。図８（ａ）と図８（ｂ）を比較する
と図中で（１）、（２）、（３）と示した点が異なる。
これらの運動位置においては、回転中心が移動し、その
単位ベクトルも変化ているのが明確に認められる。すな
わち、（１）と（３）の点においては、下顎と上顎との
かみ合わせの開始および終了したときに、かみ合わせに
おいて正常に上顎と下顎が接触しないかみ合い相異常が
あることがわかり、（２）の点においては顎の開閉運動
に不連続性があり、ときには「クリック」音が認められ
る運動相異常があることが分かる。このように上顎、下
顎のかみ合わせ、開閉という二個の剛体の機能で特徴づ
けられる相対的な運動を回転角、回転中心座標、単位ベ
クトル、回転中心の平行移動等、回転運動特性値として
定量的に測定し、その結果を表示できる。
結果の例であり、図８（ａ）は健常者について、図８
（ｂ）はクリック症状を有する患者について、上顎に対
して下顎を次第に開き次いで次第に閉じる運動を行な
い、横軸に時間（画像フレーム番号）をとり、縦軸にそ
の時々刻々の下顎の回転軸に対しての回転角、回転中心
位置座標、回転単位ベクトル、回転中心の平行移動量を
表したものである。図８（ａ）と図８（ｂ）を比較する
と図中で（１）、（２）、（３）と示した点が異なる。
これらの運動位置においては、回転中心が移動し、その
単位ベクトルも変化ているのが明確に認められる。すな
わち、（１）と（３）の点においては、下顎と上顎との
かみ合わせの開始および終了したときに、かみ合わせに
おいて正常に上顎と下顎が接触しないかみ合い相異常が
あることがわかり、（２）の点においては顎の開閉運動
に不連続性があり、ときには「クリック」音が認められ
る運動相異常があることが分かる。このように上顎、下
顎のかみ合わせ、開閉という二個の剛体の機能で特徴づ
けられる相対的な運動を回転角、回転中心座標、単位ベ
クトル、回転中心の平行移動等、回転運動特性値として
定量的に測定し、その結果を表示できる。
【００４８】本発明の実施の形態においては、下顎運動
に詳細に説明したが、ひざ、腕、指等関節の回転運動機
能で特徴づけられる二個の剛体の相対的な運動について
本発明が実施できる。この場合、被検体は人間、人間以
外の生体に限られず、ロボットについても本発明は実施
できる。また機械装置の一部の機構等、相互に相対運動
をする第一の剛体と第二の剛体間の剛体運動の測定にも
本発明は実施できる。
に詳細に説明したが、ひざ、腕、指等関節の回転運動機
能で特徴づけられる二個の剛体の相対的な運動について
本発明が実施できる。この場合、被検体は人間、人間以
外の生体に限られず、ロボットについても本発明は実施
できる。また機械装置の一部の機構等、相互に相対運動
をする第一の剛体と第二の剛体間の剛体運動の測定にも
本発明は実施できる。
【００４９】表示については、さらに座標変換をほどこ
して、観察しやすい座標系で測定値を表示することでも
本発明は実施できる。
して、観察しやすい座標系で測定値を表示することでも
本発明は実施できる。
【００５０】本発明の実施の形態におけるフローチャー
トのうち、ＳＴＥＰ１からＳＴＥＰ１０までをひとつの
プログラムとすることも、ＳＴＥＰ１からＳＴＥＰ３ま
でと、ＳＴＥＰ４以降を分離して二つのプログラムとす
ることによっても本発明を実施することができる。
トのうち、ＳＴＥＰ１からＳＴＥＰ１０までをひとつの
プログラムとすることも、ＳＴＥＰ１からＳＴＥＰ３ま
でと、ＳＴＥＰ４以降を分離して二つのプログラムとす
ることによっても本発明を実施することができる。
【００５１】マーカーの大きさ、形状、色彩等は、本発
明の実施の形態のほか、反射型のマーカーを各実施の態
様に合わせて設計事項の範囲で変更して本発明が実施で
きる。位置座標測定原理は、本発明の実施の形態のほ
か、複数台の非接触式、接触式の三次元測定器によって
も本発明が実施できる。
明の実施の形態のほか、反射型のマーカーを各実施の態
様に合わせて設計事項の範囲で変更して本発明が実施で
きる。位置座標測定原理は、本発明の実施の形態のほ
か、複数台の非接触式、接触式の三次元測定器によって
も本発明が実施できる。
【００５２】
【発明の効果】本発明にかかる剛体運動測定方法は、相
互に相対運動をする第一の剛体および第二の剛体にそれ
ぞれ複数のマーカーを取付け固定し、相対運動中の前記
複数のマーカーの三次元座標を測定し、第二の剛体と特
定の位置関係をもつ特定点の三次元座標および三次元回
転角を、第一の剛体に固定した座標系を基準にして演算
し、相対運動中の第一の運動位置と第二の運動位置で得
られた、前記特定点の二個の三次元六自由度演算結果か
ら、第一の剛体に固定した座標系を基準にした、前記特
定点の第一の運動位置から第二の運動位置への運動位置
の変化をあらわす行列を演算する運動行列演算工程と、
前記演算で得られた運動行列を、剛体の回転座標系基準
の回転運動行列に変換し、第二の剛体の回転運動特性値
として、回転軸を含む回転座標系の単位ベクトル、回転
軸回りの回転角、回転中心座標を演算するので、これら
の回転運動特性値を追跡することで、二個の剛体の機能
で特徴づけられる相対的な回転運動の変化を定量的に測
定ができた。
互に相対運動をする第一の剛体および第二の剛体にそれ
ぞれ複数のマーカーを取付け固定し、相対運動中の前記
複数のマーカーの三次元座標を測定し、第二の剛体と特
定の位置関係をもつ特定点の三次元座標および三次元回
転角を、第一の剛体に固定した座標系を基準にして演算
し、相対運動中の第一の運動位置と第二の運動位置で得
られた、前記特定点の二個の三次元六自由度演算結果か
ら、第一の剛体に固定した座標系を基準にした、前記特
定点の第一の運動位置から第二の運動位置への運動位置
の変化をあらわす行列を演算する運動行列演算工程と、
前記演算で得られた運動行列を、剛体の回転座標系基準
の回転運動行列に変換し、第二の剛体の回転運動特性値
として、回転軸を含む回転座標系の単位ベクトル、回転
軸回りの回転角、回転中心座標を演算するので、これら
の回転運動特性値を追跡することで、二個の剛体の機能
で特徴づけられる相対的な回転運動の変化を定量的に測
定ができた。
【００５３】さらに本発明の顎運動測定方法において
は、被検体の上顎および被検体の下顎に取付けられる複
数のマーカーは、反射型のマーカーであるので、一般室
での測定が可能となった。
は、被検体の上顎および被検体の下顎に取付けられる複
数のマーカーは、反射型のマーカーであるので、一般室
での測定が可能となった。
【図１】 本発明の実施の形態にかかる顎運動測定装置
の使用状況説明図である。
の使用状況説明図である。
【図２】 本発明の実施の形態におけるヘッドフレー
ム、下顎マーカー具の詳細図である。
ム、下顎マーカー具の詳細図である。
【図３】 本発明の実施の形態における光学系の配置図
である。
である。
【図４】 本発明の実施の形態におけるコンピュータの
ブロック図である。
ブロック図である。
【図５】 本発明の実施の形態におけるマーカーの位置
座標測定原理を示す図である。
座標測定原理を示す図である。
【図６】 本発明の実施の形態におけるフローチャート
である。
である。
【図７】 本発明の実施の形態における特定点、単位ベ
クトルの定義の説明図である。
クトルの定義の説明図である。
【図８】 本発明の実施の形態における測定結果の例
で、（ａ）は健常者、（ｂ）は「クリック」症状者につ
いてのものである。
で、（ａ）は健常者、（ｂ）は「クリック」症状者につ
いてのものである。
【図９】 従来例の下顎運動測定装置の原理図である。
【図１０】 従来例の顎の開閉による座標の変化の測定
結果の例である。
結果の例である。
１ 被検体、２ 下顎、３ 上顎、４ フェースボー
（Ｌ）、５ フェースボー（Ｕ）、６ ＬＥＤ、７ 座
標系ΣL、８ 座標系ΣU、９ カメラ座標系Σ、１０
座標系ΣH、１１ マーカー、１２ ヘッドフレーム、
１３ 下顎マーカー具、１４ 測定台、１５、１５ａ、
１５ｂ 第一反射鏡、１６、１６ａ、１６ｂ 第二反射
鏡、１７ ビデオカメラ（三次元測定器）、１８ 信号
ケーブル、１９ コンピュータ、２０，２１ フレーム
体、２２ 帯材、２３ 締め付け部分、２４ 取付板、
２５ マウスピース、２６ 光路、３１ キーボード、
３２入力部、３３ 三次元測定器インタフェイス、３４
制御部、３５ メモリー部、３６ 外部記憶装置、３
７ 演算部、３８ 表示装置、３９ 出力部。
（Ｌ）、５ フェースボー（Ｕ）、６ ＬＥＤ、７ 座
標系ΣL、８ 座標系ΣU、９ カメラ座標系Σ、１０
座標系ΣH、１１ マーカー、１２ ヘッドフレーム、
１３ 下顎マーカー具、１４ 測定台、１５、１５ａ、
１５ｂ 第一反射鏡、１６、１６ａ、１６ｂ 第二反射
鏡、１７ ビデオカメラ（三次元測定器）、１８ 信号
ケーブル、１９ コンピュータ、２０，２１ フレーム
体、２２ 帯材、２３ 締め付け部分、２４ 取付板、
２５ マウスピース、２６ 光路、３１ キーボード、
３２入力部、３３ 三次元測定器インタフェイス、３４
制御部、３５ メモリー部、３６ 外部記憶装置、３
７ 演算部、３８ 表示装置、３９ 出力部。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｂ 21/22 Ａ６１Ｃ 19/04 Ｆ // Ｇ０１Ｂ 11/00 Ｈ Ｋ Ａ６１Ｂ 5/10 ３１０Ｊ (72)発明者 三好 克実 東京都北区志茂２丁目57番12号 Ｆターム(参考） 2F065 AA04 AA31 BB05 CC16 FF05 FF09 JJ05 JJ26 LL12 QQ31 UU05 2F069 AA04 AA83 BB40 GG04 GG07 HH30 NN18 4C052 AA06 GG21 LL04 LL08 NN01 NN03 NN06 NN07 NN16
Claims (9)
- 【請求項１】 相互に相対運動をする第一の剛体および
第二の剛体にそれぞれ複数のマーカーを取付け固定する
マーカー取付け工程と、相対運動中の前記複数のマーカ
ーの三次元座標を測定する三次元測定工程と、相対運動
中に得られた前記三次元座標測定値から、第二の剛体と
特定の位置関係をもつ特定点の三次元座標および三次元
回転角を、第一の剛体に固定した座標系を基準にして演
算する三次元六自由度演算工程を有する剛体運動測定方
法において、相対運動中の第一の運動位置と第二の運動
位置で得られた、前記特定点の二個の三次元六自由度演
算結果から、第一の剛体に固定した座標系を基準にし
た、前記特定点の第一の運動位置から第二の運動位置へ
の運動位置の変化をあらわす行列を演算する運動行列演
算工程と、前記演算で得られた運動行列を、剛体の回転
座標系基準の回転運動行列に変換し、第二の剛体の回転
運動特性値を演算する回転運動演算工程を有することを
特徴とする剛体運動測定方法。 - 【請求項２】 請求項１に記載された剛体運動測定方法
において、前記運動行列演算工程は、三行三列の回転を
あらわす行列成分と、三行一列のベクトル成分を有する
行列を演算し、前記回転運動演算工程は、回転軸を含む
回転座標系の単位ベクトルを求める単位ベクトル演算工
程と、回転軸回りの回転角を演算する回転角演算工程
と、回転中心座標を演算する回転中心演算工程の少なく
とも一つの演算工程を有することを特徴とする剛体運動
測定方法。 - 【請求項３】 相互に相対運動をする第一の剛体および
第二の剛体にそれぞれ取付け固定される複数のマーカー
と、相対運動中の前記複数のマーカーの三次元座標を測
定する三次元測定器と、相対運動中に得られた前記三次
元座標測定値から、第二の剛体と特定の位置関係をもつ
特定点の三次元座標および三次元回転角を、第一の剛体
に固定した座標系を基準にして演算する三次元六自由度
演算手段を有する剛体運動測定装置において、相対運動
中の第一の運動位置と第二の運動位置で得られた、前記
特定点の二個の三次元六自由度演算結果から、第一の剛
体に固定した座標系を基準にした、前記特定点の第一の
運動位置から第二の運動位置への運動位置の変化をあら
わす行列を演算する運動行列演算手段と、前記演算で得
られた運動行列を、剛体の回転座標系基準の回転運動行
列に変換し、第二の剛体の回転運動特性値を演算する回
転運動演算手段を有することを特徴とする剛体運動測定
装置。 - 【請求項４】 請求項３に記載された剛体運動測定装置
において、前記運動行列演算手段は、三行三列の回転を
あらわす行列成分と、三行一列のベクトル成分を有する
行列を演算し、前記回転運動演算手段は、回転軸を含む
回転座標系の単位ベクトルを求める単位ベクトル演算手
段と、回転軸回りの回転角を演算する回転角演算手段
と、回転中心座標を演算する回転中心演算手段の少なく
とも一つの演算手段を有することを特徴とする剛体運動
測定装置。 - 【請求項５】 剛体の運動を測定するコンピュータに、
その制御部により、相互に相対運動をする第一の剛体お
よび第二の剛体にそれぞれ取付け固定された複数のマー
カーの三次元座標を測定する三次元測定器に指令し、相
対運動中の前記三次元座標測定値を、コンピュータのメ
モリー部に取り込み格納する測定処理手順と、コンピュ
ータの演算部により、前記メモリー部に格納された前記
三次元座標測定値を読み出し、第二の剛体と特定の位置
関係をもつ特定点の三次元座標および三次元回転角を、
第一の剛体に固定した座標系を基準にして演算する三次
元六自由度演算処理手順を実行させるための剛体運動測
定プログラムにおいて、さらに、コンピュータの演算部
により、相対運動中の第一の運動位置と第二の運動位置
で得られた、前記特定点の二個の三次元六自由度演算結
果から、第一の剛体に固定した座標系を基準にした、前
記特定点の第一の運動位置から第二の運動位置への運動
位置の変化をあらわす行列を演算する運動行列演算処理
手順と、前記演算で得られた運動行列を、剛体の回転座
標系基準の回転運動行列に変換し、第二の剛体の回転運
動特性値を演算する回転運動演算処理手順を実行させる
ことを特徴とする剛体運動測定プログラム。 - 【請求項６】 剛体の運動を測定するコンピュータに、
コンピュータの演算部により、相互に相対運動をする第
一の剛体および第二の剛体において、相対運動中の第一
の運動位置と第二の運動位置で得られた、第一の剛体に
固定した座標系を基準にして演算した、第二の剛体と特
定の位置関係をもつ特定点の、二個の三次元座標および
三次元回転角の三次元六自由度演算結果を、コンピュー
タのメモリー部から読み出して、第一の剛体に固定した
座標系を基準にした、前記特定点の第一の運動位置から
第二の運動位置への運動位置の変化をあらわす行列を演
算する運動行列演算処理手順と、前記演算で得られた運
動行列を、剛体の回転座標系基準の回転運動行列に変換
し、第二の剛体の回転運動特性値を演算する回転運動演
算処理手順を実行させることを特徴とする剛体運動測定
プログラム。 - 【請求項７】 請求項５または請求項６のいずれかに記
載された剛体運動測定プログラムにおいて、前記運動行
列演算処理手順は、三行三列の回転をあらわす行列成分
と、三行一列のベクトル成分を有する行列を演算処理
し、前記回転運動演算処理手順は、回転軸を含む回転座
標系の単位ベクトルを求める単位ベクトル演算処理手順
と、回転軸回りの回転角を演算する回転角演算処理手順
工程と、回転中心座標を演算する回転中心演算処理手順
の少なくとも一つの演算処理手順を有することを特徴と
する剛体運動測定プログラム。 - 【請求項８】 請求項１、請求項２のいずれかに記載さ
れた剛体運動測定方法、請求項３、請求項４のいずれか
に記載された剛体運動測定装置、請求項５、請求項６ま
たは請求項７のいずれかに記載された剛体運動測定プロ
グラムにおいて、第一の剛体は被検体の上顎、第二の剛
体は被検体の下顎であることを特徴とする顎運動測定方
法または顎運動測定装置または顎運動測定プログラム。 - 【請求項９】 請求項１、請求項２のいずれかに記載さ
れた剛体運動測定方法、請求項３、請求項４のいずれか
に記載された剛体運動測定装置、請求項５、請求項７の
いずれかに記載された剛体運動測定プログラムにおい
て、第一の剛体は被検体の上顎、第二の剛体は被検体の
下顎であって、前記被検体の上顎および被検体の下顎に
取付けられる複数のマーカーは、反射型のマーカーであ
ることを特徴とする顎運動測定方法または顎運動測定装
置または顎運動測定プログラム。
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