JP2002355264A - Unit and method to measure three-dimensional motion and three-dimensional position detecting unit - Google Patents

Unit and method to measure three-dimensional motion and three-dimensional position detecting unit

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JP2002355264A
JP2002355264A JP2001165487A JP2001165487A JP2002355264A JP 2002355264 A JP2002355264 A JP 2002355264A JP 2001165487 A JP2001165487 A JP 2001165487A JP 2001165487 A JP2001165487 A JP 2001165487A JP 2002355264 A JP2002355264 A JP 2002355264A
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magnetic
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field sensor
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賢一 荒井
Makoto Yabugami
信 薮上
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英夫 三谷
Hiroyasu Kanetaka
弘恭 金高
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RYOWA DENSHI KK
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a subject friendly and low cost unit to measure motion of a jaw. SOLUTION: A magnetic marker 16a is mounted on the forehead 32 considered integral with the upper jaw 22 and another magnetic marker 16b on the cutting teeth in the lower jaw dentition as the typical point of the lower jaw 24. The magnetic markers 16a, 15b are arranged so that the magnetic directions are respectively arranged to face the right front of the face. A plurality of magnetic field sensors 20i (more than the number of magnetic markers × 5) to detect magnetic fields of the magnetic markers 16a, 16b are respectively placed facing the magnetic markers 16a, 16b. Changes of magnetic fields of the magnetic markers 16a, 16b are detected by the magnetic field sensors 20i, positions of the magnetic markers 16a, 16b are detected, and motion of the jaw is displayed on a display 52 based on the jaw shape. In that case, no inconvenience is given to the subject 14 because no wiring is required for the magnetic markers 16a, 16b. The viual field of the subject 14 is good.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、物体に配置され
た磁気マーカの位置を磁界センサにより検出すること
で、前記物体の相対的3次元運動(たとえば、顎運動、
手指の運動、上肢の運動、下肢の運動等)を測定する3
次元運動測定装置およびその方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a relative three-dimensional movement (for example, jaw movement,
3 to measure finger movement, upper limb movement, lower limb movement, etc.)
The present invention relates to a dimensional motion measuring device and a method thereof.

【0002】また、この発明は、物体中の所望の位置を
簡易に検出する3次元位置検出装置に関する。
[0002] The present invention also relates to a three-dimensional position detecting device for easily detecting a desired position in an object.

【0003】[0003]

【従来の技術】従来から、物体の3次元運動を測定しよ
うとする装置が市場に提供されている。たとえば、人体
の頭部と一体に構成されている上顎に対する下顎の相対
的な運動を測定するために、磁気式の顎運動測定装置が
用いられている。この磁気式の顎運動測定装置では、被
測定者の頭部に、磁界センサ組立体をベルト等により装
着し、下顎切歯に1個の磁石を磁気マーカとして取り付
ける。
2. Description of the Related Art Conventionally, devices for measuring three-dimensional movement of an object have been provided on the market. For example, a magnetic jaw movement measuring device is used to measure the relative movement of the lower jaw with respect to the upper jaw, which is integrated with the head of the human body. In this magnetic jaw movement measuring device, a magnetic field sensor assembly is attached to the head of the subject by a belt or the like, and one magnet is attached to the lower incisor as a magnetic marker.

【0004】この状態において、被測定者の顎運動に伴
う下顎切歯に取り付けた1個の磁気マーカの変位を頭部
に装着されている磁界センサ組立体により検出し、その
1個の磁気マーカの運動をディスプレイ装置上等で表示
するようにし、これを下顎の動きと同定し顎運動を測定
するようにしている。
In this state, the displacement of one magnetic marker attached to the lower incisor due to the jaw movement of the subject is detected by a magnetic field sensor assembly mounted on the head, and the one magnetic marker is detected. Is displayed on a display device or the like, and this is identified as the movement of the lower jaw to measure the jaw movement.

【0005】しかしながら、この従来技術に係る磁気式
の顎運動測定装置においては、被測定者の頭部に装着さ
れる磁界センサ組立体の形状が比較的大きく、被測定者
の頭部が拘束されることから、顎運動測定の際に、被測
定者に与える不自由度が大きいという問題がある。
However, in the magnetic jaw movement measuring apparatus according to the prior art, the shape of the magnetic field sensor assembly mounted on the head of the subject is relatively large, and the head of the subject is restrained. Therefore, there is a problem that the degree of inconvenience given to the subject in measuring the jaw movement is large.

【0006】また、被測定者の頭部に装着される磁界セ
ンサ組立体の確実な固定が困難であるため、顎運動測定
中に磁界センサ組立体が揺動する可能性が高く、揺動し
た場合には顎運動の測定誤差が大きくなり、正確な顎運
動を再現することができなくなるという問題もある。
Further, since it is difficult to securely fix the magnetic field sensor assembly mounted on the head of the person to be measured, there is a high possibility that the magnetic field sensor assembly will oscillate during the measurement of the jaw movement. In such a case, there is a problem that a measurement error of the jaw movement becomes large, and it becomes impossible to reproduce an accurate jaw movement.

【0007】さらに、この磁気式の顎運動測定装置で
は、下顎切歯に取り付けられた磁気マーカ1点のみの運
動が再現されるに過ぎず、下顎を立体として認識した状
態での顎運動を再現することができないという問題もあ
る。
Further, in this magnetic jaw movement measuring apparatus, only the movement of only one magnetic marker attached to the lower incisor is reproduced, and the jaw movement in a state where the lower jaw is recognized as a three-dimensional object is reproduced. There is also the problem that you cannot do that.

【0008】これらの問題を解決するために、光学式の
顎運動測定装置も提供されている。この光学式の顎運動
測定装置では、被測定者の上顎の運動を測定するため
に、被測定者の頭部もしくは上顎歯列を固定源として一
方の光源装置が配置されるとともに、下顎の運動を測定
するために、下顎歯列を固定源として他方の光源装置が
配置される。そして、これら2つの光源装置の顎運動に
伴う位置の変化を、その周囲に配置固定されたCCDカ
メラにより撮影することで、下顎を立体として認識し、
顎運動を測定(3次元6自由度の顎運動測定)すること
ができるとされている。
In order to solve these problems, an optical jaw movement measuring device has been provided. In this optical type jaw movement measuring device, in order to measure the movement of the upper jaw of the subject, one light source device is disposed with the head or the maxillary dentition of the subject as a fixed source, and the movement of the lower jaw is measured. Is measured, the other light source device is arranged with the lower dentition as a fixed source. The lower jaw is recognized as a three-dimensional object by photographing the change in position due to the jaw movement of these two light source devices with a CCD camera arranged and fixed around the jaw movement.
It is said that jaw movement can be measured (three-dimensional six degrees of freedom jaw movement measurement).

【0009】しかしながら、この従来技術に係る光学式
の顎運動測定装置においては、被測定者の頭部を固定源
として光源装置が配置される場合、この光源装置が比較
的大きく、被測定者の頭部が拘束されることから、顎運
動測定の際に、被測定者に与える不自由度が大きいとい
う問題が解消されるには至っていない。
However, in the optical jaw movement measuring apparatus according to the prior art, when the light source device is arranged with the head of the subject as a fixed source, the light source device is relatively large, Since the head is constrained, the problem that the subject has a large degree of inconvenience in measuring the jaw movement has not been solved.

【0010】さらに、被測定者の頭部に装着される光源
装置の確実な固定が困難であることから顎運動測定中に
光源装置が揺動し、顎運動測定の誤差が大きくなる可能
性が存在し、正確な顎運動を再現することができないと
いう問題も解決されるには至っていない。
Further, since it is difficult to securely fix the light source device mounted on the head of the person to be measured, the light source device may swing during the measurement of the jaw movement, and the error in the measurement of the jaw movement may increase. The problem that it exists and cannot reproduce accurate jaw movement has not yet been solved.

【0011】しかも、光源装置は、CCDカメラにより
撮影されるため、口腔外へ露出させなければならず、上
顎歯列や下顎歯列を固定源として装着する場合には、口
腔内と口腔外を接続する物理的なコネクタが必要となっ
て、口唇の閉鎖が不可能となり、その上、比較的に大き
くかつ重い光源装置を下顎に装着しているので、不自由
のない自然な状態での咀嚼、嚥下、発音ができないなど
の問題があり、結果として、所望の顎運動を測定するこ
とができない。
In addition, since the light source device is photographed by a CCD camera, it must be exposed outside the oral cavity. When the upper dentition or the lower dentition is used as a fixed source, the inside and outside of the oral cavity are exposed. The need for a physical connector to connect makes it impossible to close the lips, and the relatively large and heavy light source device is attached to the lower jaw, so that chewing in a natural state without inconvenience In addition, there are problems such as inability to swallow and pronunciation, and as a result, it is not possible to measure the desired jaw movement.

【0012】さらに、CCDカメラは、比較的に高価で
あるので、顎運動測定装置全体として高コストになると
いう問題もある。
Furthermore, since the CCD camera is relatively expensive, there is a problem that the jaw movement measuring device as a whole becomes expensive.

【0013】なお、6自由度運動の測定をするために
は、下顎を立体として認識することが必須であるが、従
来は、CCDカメラを用いた光学式の3次元位置検出装
置や高価なレントゲン装置等が用いられ、物体表面の任
意点の設定を簡易かつ低コストに測定することができる
装置が提供されていないという問題もある。
In order to measure the six-degree-of-freedom movement, it is essential to recognize the lower jaw as a three-dimensional object. Conventionally, however, an optical three-dimensional position detecting device using a CCD camera or an expensive radiograph There is also a problem that an apparatus or the like is used, and an apparatus that can easily and inexpensively measure the setting of an arbitrary point on the surface of an object is not provided.

【0014】磁気マーカの位置を磁界センサにより検出
する有用な従来技術として、この出願の発明者等による
特開2000−337811号公報に開示された技術が
ある。
As a useful conventional technique for detecting the position of a magnetic marker by a magnetic field sensor, there is a technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-337811 by the present inventors.

【0015】しかしながら、この技術は、下記に説明す
る問題点を有している。
However, this technique has the following problems.

【0016】第1に、この技術では磁気マーカの位置お
よび方向を求めることは可能であるが、剛体等の物体の
運動を計測することができない。
First, this technique can determine the position and direction of a magnetic marker, but cannot measure the motion of an object such as a rigid body.

【0017】第2に、磁気マーカの磁気モーメントを、
変数として求めているために、変数が多くなり、求めた
位置精度の誤差が大きくなる要因となっている。
Second, the magnetic moment of the magnetic marker is
Since it is obtained as a variable, the number of variables increases, which is a factor that increases the error in the obtained position accuracy.

【0018】第3に、ニュートンラフソン法によって連
立方程式を解くことを想定しているが、磁界センサ数を
増加させた場合には、最適解を精度良く求めることが難
しくなるという問題を内在している。
Third, it is assumed that simultaneous equations are solved by the Newton-Raphson method. However, when the number of magnetic field sensors is increased, it is difficult to obtain an optimum solution with high accuracy. I have.

【0019】[0019]

【発明が解決しようとする課題】この発明は上述した種
々の課題を考慮してなされたものであり、被測定者が被
る不自由性を改善し、より自然な状態での運動を正確に
再現でき、しかも低コストに、顎運動等の少なくとも2
つの物体間の相対的3次元運動を測定することを可能と
する3次元運動測定装置およびその方法を提供すること
を目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in consideration of the above-described various problems, and improves inconvenience suffered by a subject and accurately reproduces a motion in a more natural state. Possible and at low cost with at least 2
It is an object of the present invention to provide a three-dimensional motion measuring device and a method thereof that can measure a relative three-dimensional motion between two objects.

【0020】また、この発明は、物体表面の任意点の3
次元的な位置を簡単な構成で容易にかつ低コストで検出
することを可能とする3次元的位置検出装置を提供する
ことを目的とする。
Further, the present invention provides a method for detecting an arbitrary point on an object surface.
It is an object of the present invention to provide a three-dimensional position detecting device which can easily and at low cost detect a three-dimensional position with a simple configuration.

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】この発明の3次元運動測
定装置は、相対的に運動する少なくとも2つの物体に対
して、それぞれ少なくとも1つ配置される磁気マーカ
と、前記物体に配置された各磁気マーカの磁界をそれぞ
れ6自由度運動計測用として非接触で検出する磁界セン
サと、前記磁界センサにより検出した磁界から前記各磁
気マーカの6自由度運動のパラメータを求め、求めたパ
ラメータと、前記各物体の形状に基づき、一つの物体を
基準とする他の物体の相対的な運動を算出する信号処理
手段とを備えることを特徴とする(請求項1記載の発
明)。
SUMMARY OF THE INVENTION A three-dimensional motion measuring device according to the present invention comprises at least one magnetic marker disposed on at least two relatively moving objects, and at least one magnetic marker disposed on the object. A magnetic field sensor that detects the magnetic field of each magnetic marker in a non-contact manner for measuring 6 degrees of freedom motion, and a parameter of 6 degrees of freedom motion of each magnetic marker from the magnetic field detected by the magnetic field sensor; Signal processing means for calculating a relative motion of another object with reference to one object based on the shape of each object (the invention according to claim 1).

【0022】この発明によれば、相対的に運動する少な
くとも2つの物体に対して、それぞれ少なくとも1つの
磁気マーカを配置し、各磁気マーカの磁界を非接触で磁
界センサにより検出し、この検出結果と各物体の形状に
基づき、信号処理手段により、一つの物体を基準とする
他の物体の相対的な運動を算出するようにしている。
According to the present invention, at least one magnetic marker is disposed for at least two objects that move relatively, and the magnetic field of each magnetic marker is detected by a magnetic field sensor in a non-contact manner. The relative motion of another object with respect to one object is calculated by the signal processing means based on the shape of each object.

【0023】この場合、磁気マーカは、比較的に小型軽
量でかつ薄肉に作ることが可能であり、さらには配線も
不要であるので、被測定者あるいは被測定部位にほとん
ど不自由を与えることがなく、3次元運動を測定するこ
とができる。
In this case, the magnetic marker can be made relatively small, light and thin, and wiring is not required. And three-dimensional motion can be measured.

【0024】また、磁気マーカの配置位置が、たとえば
被測定者の口腔内など物理的に遮蔽された空間であって
も、配線等が不要であることから容易に配置可能であ
り、被測定者は、たとえば、咀嚼、嚥下および発音動作
を、ほとんど不自由なく、自然な状態で行うことができ
る。
Further, even if the magnetic marker is located in a physically shielded space, for example, in the mouth of the person to be measured, since the wiring and the like are unnecessary, the magnetic marker can be easily arranged. For example, mastication, swallowing, and sounding operations can be performed in a natural state with almost no difficulty.

【0025】また、磁界センサは、CCDカメラに比較
して廉価であるので、3次元運動測定装置のコストを低
減することが可能である。
Further, since the magnetic field sensor is inexpensive as compared with the CCD camera, the cost of the three-dimensional motion measuring device can be reduced.

【0026】たとえば、相対的に運動するそれぞれの物
体に各1個の磁気マーカを配置する(取り付ける)こと
で、5自由度の運動測定が可能であり、一方の物体に1
個の磁気マーカを、他方の物体に2個の磁気マーカを取
り付けた場合には、6自由度の運動測定が可能である。
したがって、それぞれの物体に2個以上の磁気マーカを
取り付けることで、それぞれの物体について6自由度の
運動測定が可能である。ただし、磁気マーカの数を多く
すると信号処理装置での計算負荷が大きくなる。
For example, by arranging (attaching) one magnetic marker to each object that moves relatively, movement measurement with five degrees of freedom is possible.
When two magnetic markers are attached to the other object and two magnetic markers are attached to the other object, motion measurement with six degrees of freedom is possible.
Therefore, by attaching two or more magnetic markers to each object, it is possible to measure the motion of each object with six degrees of freedom. However, when the number of magnetic markers is increased, the calculation load on the signal processing device increases.

【0027】なお、磁界センサの成分の数は、磁気マー
カの数の少なくとも5倍の数とする(請求項2記載の発
明)。たとえば、磁界センサが1軸の成分を検出するセ
ンサである場合には、磁気マーカ1個に対して少なくと
も5個の1成分磁界センサ(1軸磁界センサ)が必要で
あり、磁界センサが2軸の検出成分を検出するセンサで
ある場合には、磁気マーカ1個に対して少なくとも3個
の2成分磁界センサ(2軸磁界センサ)が必要である。
磁気マーカ1個に対して、2個の2成分磁界センサ(2
軸磁界センサ)と1個の1成分磁界センサ(1軸磁界セ
ンサ)を用いてもよい。
The number of components of the magnetic field sensor is at least five times the number of magnetic markers (the invention according to claim 2). For example, when the magnetic field sensor is a sensor that detects a component of one axis, at least five one-component magnetic field sensors (one-axis magnetic field sensors) are required for one magnetic marker, and the magnetic field sensor is a two-axis magnetic field sensor. In the case of a sensor that detects the detection component of (1), at least three two-component magnetic field sensors (two-axis magnetic field sensors) are required for one magnetic marker.
For one magnetic marker, two two-component magnetic field sensors (2
An axial magnetic field sensor) and one one-component magnetic field sensor (one-axis magnetic field sensor) may be used.

【0028】この場合、磁界センサとして、個々の磁界
センサが一体的とされた磁界センサアレイを用いること
で、設置、持ち運び等の取り扱いが容易になるととも
に、磁界センサアレイを構成する個々の磁界センサ間の
相対位置が予め既知となるのでパラメータの計算が容易
である(請求項3記載の発明)。
In this case, by using a magnetic field sensor array in which individual magnetic field sensors are integrated as the magnetic field sensor, handling such as installation and carrying is easy, and individual magnetic field sensors constituting the magnetic field sensor array are used. Since the relative position between them is known in advance, it is easy to calculate the parameters (the invention according to claim 3).

【0029】また、磁界センサは、磁気マーカの磁化方
向の磁界成分を計測するように配置することが好ましい
(請求項4記載の発明)。磁界センサに入力する磁界が
大きくなり、SN比が向上するからである。逆に、SN
比が向上するので、磁気マーカの磁化力および体積の小
さいものを使用することができ、かつ磁界センサの検出
感度のより小さいものを使用することが可能となる。
It is preferable that the magnetic field sensor is arranged so as to measure a magnetic field component in a magnetization direction of the magnetic marker. This is because the magnetic field input to the magnetic field sensor increases and the SN ratio improves. Conversely, SN
Since the ratio is improved, a magnetic marker having a small magnetizing force and a small volume can be used, and a magnetic marker having a smaller detection sensitivity can be used.

【0030】さらに、外部磁界を検出する外部磁界検出
センサを用いることで、磁界センサで検出される地磁気
等の外部不要磁界を磁界センサの出力から除去すること
が可能となるので、物体に配置された磁気マーカの磁界
のみの検出が可能となり、より正確な3次元運動を得る
ことができる(請求項5記載の発明)。
Further, by using an external magnetic field detection sensor for detecting an external magnetic field, an external unnecessary magnetic field such as terrestrial magnetism detected by the magnetic field sensor can be removed from the output of the magnetic field sensor. Only the magnetic field of the magnetic marker can be detected, and a more accurate three-dimensional movement can be obtained (the invention according to claim 5).

【0031】また、信号処理手段により算出された3次
元的な位置に基づき、前記の少なくとも2つの物体の3
次元運動を表示する表示手段を設けることで、測定者
は、3次元運動を視認することができる(請求項6記載
の発明)。表示手段としては、たとえばCRTディスプ
レイあるいは液晶ディスプレイ等を用いることができ
る。
Further, based on the three-dimensional position calculated by the signal processing means, the 3
By providing the display means for displaying the three-dimensional movement, the measurer can visually recognize the three-dimensional movement (the invention according to claim 6). As the display means, for example, a CRT display or a liquid crystal display can be used.

【0032】この場合、さらに、任意に移動自由なポイ
ンタの先端を、被測定者の所望の部位に接触させてその
位置を検出することにより、前記物体に配置されている
磁気マーカの位置を基準に前記物体の所望の部位の3次
元位置を算出することができる(請求項7記載の発
明)。
In this case, the tip of the freely movable pointer is brought into contact with a desired part of the person to be measured to detect the position, whereby the position of the magnetic marker disposed on the object is determined as a reference. Then, the three-dimensional position of a desired part of the object can be calculated (the invention according to claim 7).

【0033】上記の装置は、磁気マーカが配置される相
対的に運動する少なくとも2つの物体を、それぞれ、頭
蓋中、上顎と一体的に運動する部分と、下顎と一体的運
動する部分に選定することで、正確かつ容易に顎運動を
測定することができる(請求項8記載の発明)。
The above device selects at least two relatively moving objects on which the magnetic markers are located, respectively, a part of the skull that moves integrally with the upper jaw and a part that moves integrally with the lower jaw. Thus, the jaw movement can be accurately and easily measured (the invention according to claim 8).

【0034】この場合、下顎と一体的に運動する部分を
下顎歯に選択して磁気マーカを配置することで、下唇な
どの軟組織と異なり歯は下顎骨とほぼ一体の剛体と考え
られることから、より正確に下顎の運動を測定すること
ができる(請求項9記載の発明)。
In this case, by selecting the part that moves integrally with the lower jaw as the lower jaw teeth and arranging the magnetic marker, the teeth are considered to be a rigid body almost integral with the lower jaw unlike soft tissues such as the lower lip. Thus, the movement of the lower jaw can be measured more accurately (the invention according to claim 9).

【0035】なお、額に代替して上顎歯に磁気マーカを
配置することもできる(請求項10記載の発明)。この
場合、各磁気マーカの距離が近づき、磁界の分離は若干
困難になるが、上記したように、上顎歯も額など軟組織
とは異なり、上顎骨とほぼ一体な剛体と考えられること
から、額に配置することに比較してより正確に顎運動を
測定することができる。
It should be noted that a magnetic marker can be arranged on the upper teeth instead of the forehead (the invention according to claim 10). In this case, the distance between the magnetic markers becomes shorter, and the separation of the magnetic field becomes slightly difficult.However, as described above, the maxillary teeth are different from soft tissues such as the forehead, and are considered to be a rigid body that is almost integral with the maxilla. The jaw movement can be measured more accurately as compared with the arrangement of the jaw movement.

【0036】磁界センサは、磁気マーカの周辺に近接し
て配置することが好ましく、1軸、2軸または3軸セン
サを用いることができる(請求項11記載の発明)。
The magnetic field sensor is preferably arranged close to the periphery of the magnetic marker, and a one-axis, two-axis or three-axis sensor can be used (the invention according to claim 11).

【0037】信号処理手段は、磁界センサにより検出し
た磁気マーカ周辺の磁界を理想のダイポール磁界とし
て、最尤度法によりパラメータを求めることができる
(請求項12記載の発明)。
The signal processing means can determine a parameter by the maximum likelihood method using the magnetic field around the magnetic marker detected by the magnetic field sensor as an ideal dipole magnetic field (the invention according to claim 12).

【0038】なお、磁気マーカ周辺の磁界を理想のダイ
ポール磁界と近似することができず、有限の大きさを持
つ磁気マーカによって発生する擬似ダイポール磁界であ
って、磁界センサも有限の大きさを持つ場合には、予
め、磁気マーカーと各磁界センサ間の相対位置対磁界の
相互関係を求めておき、この相互関係を用いて最尤度法
により前記パラメータを求めることができる(請求項1
3記載の発明)。
The magnetic field around the magnetic marker cannot be approximated to an ideal dipole magnetic field, and is a pseudo dipole magnetic field generated by a magnetic marker having a finite magnitude. The magnetic field sensor also has a finite magnitude. In this case, the correlation between the relative position and the magnetic field between the magnetic marker and each magnetic field sensor is determined in advance, and the parameter can be determined by the maximum likelihood method using the correlation.
3).

【0039】また、この場合には、離散化手法による磁
界解析により磁界センサ位置での磁界の理論値を求め、
この理論値を用いて最尤度法により前記パラメータを求
めることもできる(請求項14記載の発明)。
In this case, the theoretical value of the magnetic field at the position of the magnetic field sensor is obtained by a magnetic field analysis using a discretization method.
The parameter can also be obtained by the maximum likelihood method using this theoretical value (the invention according to claim 14).

【0040】この発明は、顎関節を介する顎運動に限ら
ず、磁気マーカが配置される相対的に運動する少なくと
も2つの物体として、人体中、手指、上肢、下肢等、各
関節を介して運動する物体に対しても同様に適用するこ
とができる(請求項15記載の発明)。
The present invention is not limited to the jaw movement via the jaw joint, and includes at least two relatively movable objects on which magnetic markers are arranged, which are moved through each joint such as the human body, fingers, upper limbs, and lower limbs. The present invention can be similarly applied to an object to be changed.

【0041】この発明の3次元運動測定方法は、相対的
に運動する少なくとも2つの物体に対して、それぞれ少
なくとも1つの磁気マーカを配置する配置過程と、前記
物体に配置された各磁気マーカの磁界をそれぞれ6自由
度運動計測用として磁界センサにより非接触で検出する
検出過程と、前記磁界センサにより検出した磁界から前
記各磁気マーカの6自由度運動のパラメータを求め、求
めたパラメータと、前記各物体の形状に基づき、一つの
物体を基準とする他の物体の相対的な運動を算出する信
号処理過程とを有することを特徴とする(請求項16記
載の発明)。
According to the three-dimensional motion measuring method of the present invention, an arranging step of arranging at least one magnetic marker on at least two objects that move relatively, and a magnetic field of each magnetic marker arranged on the object A non-contact detection process using a magnetic field sensor for measuring 6 degrees of freedom motion, and obtaining a parameter of 6 degrees of freedom motion of each magnetic marker from the magnetic field detected by the magnetic field sensor. A signal processing step of calculating a relative motion of another object based on one object based on the shape of the object (the invention according to claim 16).

【0042】この発明によれば、相対的に運動する少な
くとも2つの物体に対してそれぞれ配置した磁気マーカ
の位置を磁界センサで検出し、この検出結果と各物体の
形状に基づき、一つの物体を基準とする他の物体の相対
的な運動を算出するようにしている。この場合、磁気マ
ーカは、比較的小さく軽く配線も必要ではなく、さらに
口腔内など遮蔽された空間(部位)でも使用可能である
ため、被測定者あるいは被測定物にほとんど不自由を与
えることがない。すなわち、より自然な状態で被測定者
の運動を測定することが可能である。また、磁界センサ
は、CCDカメラに比較して廉価であるので、3次元運
動装置のコストを低減することが可能である。
According to the present invention, the positions of the magnetic markers arranged with respect to at least two objects that move relatively are detected by the magnetic field sensor, and one object is identified based on the detection result and the shape of each object. The relative motion of another reference object is calculated. In this case, the magnetic marker is relatively small and light and does not require wiring, and can be used in a shielded space (part) such as the oral cavity. Absent. That is, it is possible to measure the movement of the subject in a more natural state. Further, since the magnetic field sensor is inexpensive as compared with the CCD camera, the cost of the three-dimensional exercise device can be reduced.

【0043】この場合においても、外部磁界を検出する
外部磁界検出センサを用いることで、地磁気等の外部磁
界を磁界センサの出力から除去することが可能となり、
より正確な3次元運動を得ることができる(請求項17
記載の発明)。
Also in this case, by using an external magnetic field detection sensor for detecting an external magnetic field, an external magnetic field such as geomagnetism can be removed from the output of the magnetic field sensor.
More accurate three-dimensional motion can be obtained.
Described invention).

【0044】また、算出された3次元的な位置に基づ
き、前記の少なくとも2つの物体の3次元運動を表示す
る表示過程を設けることで、測定者は3次元運動を視認
することができる(請求項18記載の発明)。
Further, by providing a display step of displaying the three-dimensional movement of the at least two objects based on the calculated three-dimensional position, the measurer can visually recognize the three-dimensional movement (claim). Item 18)).

【0045】また、磁気マーカが配置される相対的に運
動する少なくとも2つの物体を、それぞれ、頭蓋中、上
顎体と一体的に運動する部分と、下顎骨と一体的運動す
る部分に選定することで、正確かつ容易に顎運動を測定
することができる(請求項19記載の発明)。
In addition, at least two relatively movable objects on which the magnetic markers are arranged are respectively selected as a part of the skull that moves integrally with the maxillary body and a part that moves integrally with the mandible. Thus, the jaw movement can be accurately and easily measured (the invention according to claim 19).

【0046】さらにまた、この発明の3次元位置検出装
置は、磁気マーカを有する移動自由なポインタと、前記
ポインタが物体の表面に接触したときに、接触したこと
を知らせる信号を出力する接触信号出力手段と、前記ポ
インタを構成する前記磁気マーカの磁界を非接触で検出
する磁界センサと、前記磁界センサの出力を信号処理す
る信号処理手段とを備え、前記信号処理手段は、前記接
触したことを知らせる信号を検知したとき、前記磁界セ
ンサにより検出した磁界から前記磁気マーカの位置を求
めることで、前記ポインタの前記物体への接触位置を検
出することを特徴とする(請求項20記載の発明)。
Still further, the three-dimensional position detecting device according to the present invention comprises a movable pointer having a magnetic marker, and a contact signal output for outputting a signal indicating the contact when the pointer contacts the surface of the object. Means, a magnetic field sensor for detecting the magnetic field of the magnetic marker constituting the pointer in a non-contact manner, and signal processing means for performing signal processing on the output of the magnetic field sensor, wherein the signal processing means The invention according to claim 20, wherein upon detecting a signal to be notified, a position of the magnetic marker is obtained from a magnetic field detected by the magnetic field sensor, thereby detecting a contact position of the pointer with the object. .

【0047】この発明によれば、顎形状等の物体の表面
の形状を簡単な構成で容易にかつ低コストで測定するこ
とを可能とする。なお接触信号出力装置は、ポインタと
は別体に構成して手動で動作させることも可能であり、
あるいはポインタに一体的に組み込んで接触したことを
自動検知して信号(無線信号あるいは有線信号)として
出力させることも可能である。
According to the present invention, it is possible to easily and inexpensively measure the shape of the surface of an object such as a jaw with a simple configuration. The contact signal output device can be configured separately from the pointer and operated manually.
Alternatively, it is also possible to automatically detect the contact by being integrated with the pointer and output it as a signal (wireless signal or wired signal).

【0048】この3次元位置検出装置は、人体中、顎、
手指、上肢、下肢等、関節を介して運動する部位に適用
して有用である(請求項21記載の発明)。
This three-dimensional position detecting device can be used in the human body, jaw,
The present invention is useful when applied to a site that moves through a joint, such as a finger, an upper limb, or a lower limb (the invention according to claim 21).

【0049】さらに、この発明の3次元運動測定装置
は、物体の表面に固定された固定磁気マーカと、前記物
体の表面の位置を検出するために、前記物体の表面を自
由にポイントできる、磁気マーカを有する移動自由なポ
インタと、前記ポインタが物体の表面に接触したとき
に、接触したことを知らせる信号を出力する接触信号出
力手段と、前記固定磁気マーカと前記ポインタを構成す
る磁気マーカの磁界を非接触で検出する磁界センサと、
前記磁界センサの出力を信号処理する信号処理手段とを
備え、前記信号処理手段は、前記接触したことを知らせ
る信号を検知したとき、前記磁界センサにより検出した
磁界から前記固定磁気マーカに対する前記磁気マーカの
相対位置を求めて予め前記物体の特徴点として登録し、
前記ポインタが前記磁界センサの検出範囲外の位置とさ
れた後、前記物体の運動に従い運動する前記固定磁気マ
ーカの位置が前記磁界センサにより検出されたとき、該
検出された固定磁気マーカの位置と、この位置からの相
対的な位置として登録してある前記特徴点を読み出し
て、前記物体の立体としての3次元運動を測定すること
を特徴とする(請求項22記載の発明)。
Further, the three-dimensional motion measuring apparatus according to the present invention includes a fixed magnetic marker fixed to the surface of the object, and a magnetic marker capable of freely pointing at the surface of the object to detect the position of the surface of the object. A movable pointer having a marker, contact signal output means for outputting a signal indicating that the pointer has touched when the pointer touches the surface of an object, a magnetic field of the fixed magnetic marker and a magnetic marker constituting the pointer A magnetic field sensor that detects contactlessly,
Signal processing means for performing signal processing on the output of the magnetic field sensor, wherein the signal processing means detects the signal indicating that the magnetic field sensor has come into contact with the fixed magnetic marker from the magnetic field detected by the magnetic field sensor. The relative position of the object is obtained and registered in advance as a feature point of the object,
When the position of the fixed magnetic marker that moves according to the movement of the object is detected by the magnetic field sensor after the pointer is positioned outside the detection range of the magnetic field sensor, the detected position of the fixed magnetic marker is The feature point registered as a relative position from this position is read out, and the three-dimensional motion of the object as a solid is measured (the invention according to claim 22).

【0050】この発明によれば、予め、物体の表面に固
定された固定磁気マーカの位置を基準とし、該基準位置
からの相対位置で表現される物体表面上の1以上の複数
の任意の点をポインタによって検出し特徴点として登録
する。このポインタによる位置検出登録終了後に、前記
固定磁気マーカの物体の運動に伴う位置の移動を検出し
たとき、前記特徴点を読み出すことで、固定磁気マーカ
の位置と特徴点の位置(固定磁気マーカの配置されてな
い登録位置)の3次元運動を同時に立体的に測定するこ
とができる。
According to the present invention, one or more arbitrary points on the surface of the object represented by relative positions from the position of the fixed magnetic marker fixed on the surface of the object in advance are used. Is detected by a pointer and registered as a feature point. After the completion of the position detection registration by the pointer, when the movement of the position of the fixed magnetic marker associated with the movement of the object is detected, the characteristic point is read out, and the position of the fixed magnetic marker and the position of the characteristic point (the position of the fixed magnetic marker It is possible to simultaneously measure the three-dimensional motion of the registered position (not placed) three-dimensionally.

【0051】この3次元運動測定装置は、人体中、顎、
手指、上肢、下肢等、関節を介して運動する部位に適用
して有用である(請求項23記載の発明)
This three-dimensional motion measuring device is used for measuring the inside of the human body, the jaw,
It is useful when applied to a site that moves through joints such as fingers, upper limbs, and lower limbs (the invention according to claim 23).

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施の形態に
ついて図1〜図23の図面を参照して説明する。なお、
図面が煩雑となるのを回避するため、図面中、被測定者
14の外観、顎形状、歯形状等をデフォルメして描いて
いる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. In addition,
In order to avoid complicating the drawing, the appearance, jaw shape, tooth shape, and the like of the subject 14 are deformed in the drawing.

【0052】図1は、この発明の一実施の形態が適用さ
れた3次元顎運動測定装置および3次元位置検出装置を
含む3次元顎運動測定システム10の全体構成を示して
いる。
FIG. 1 shows an overall configuration of a three-dimensional jaw movement measuring system 10 including a three-dimensional jaw movement measuring device and a three-dimensional position detecting device to which one embodiment of the present invention is applied.

【0053】図2は、図1の3次元顎運動測定システム
10の一部が、被測定者14に対して近づけられた状態
での拡大構成を模式的に示している。
FIG. 2 schematically shows an enlarged configuration in a state in which a part of the three-dimensional jaw movement measuring system 10 of FIG.

【0054】図3は、図1の3次元顎運動測定システム
10の電気回路ブロック図を示している。
FIG. 3 shows an electric circuit block diagram of the three-dimensional jaw movement measuring system 10 of FIG.

【0055】図1〜図3に示すように、3次元顎運動測
定システム10は、基本的には、被測定者14の所定位
置に接着剤等で取り付けられる永久磁石等の磁気マーカ
16と、各磁気マーカ16の磁界をそれぞれ6自由度運
動測定用として非接触で検出する磁界センサである磁界
センサアレイ(単に、磁界センサともいう。)18(1
8a、18b)と、磁界センサアレイ18を構成する各
磁界センサ20i(図2、図3に示すように、この実施
の形態では、磁界センサ20i(i=1〜14、磁界セ
ンサ201〜207と磁界センサ208〜2014までの、
上下それぞれ7個、合計14個の磁界センサ)で検出し
た磁界から各磁気マーカ16の位置および方向を求め、
求めた各磁気マーカ16の位置および方向と、剛体であ
る上顎22および下顎(下顎骨)24の形状に基づき、
前記上下顎22、24の3次元的な位置をリアルタイム
に算出する信号処理手段としてのパーソナルコンピュー
タ(PC)26とを有する。
As shown in FIGS. 1 to 3, the three-dimensional jaw movement measuring system 10 basically includes a magnetic marker 16 such as a permanent magnet attached to a predetermined position of a subject 14 with an adhesive or the like. A magnetic field sensor array (also simply referred to as a magnetic field sensor) 18 (1) that is a magnetic field sensor that detects the magnetic field of each magnetic marker 16 in a non-contact manner for measuring the 6-DOF motion.
8a, and 18b), the magnetic field sensors 20i constituting the magnetic sensor array 18 (FIG. 2, as shown in FIG. 3, in this embodiment, the magnetic field sensor 20i (i = 1 to 14, the magnetic field sensor 20 1 to 20 up to 7 and the magnetic field sensor 20 8-20 14,
The position and direction of each magnetic marker 16 are determined from the magnetic field detected by the upper and lower seven magnetic field sensors (a total of 14 magnetic field sensors),
Based on the determined position and direction of each magnetic marker 16 and the shapes of the rigid upper jaw 22 and lower jaw (mandibular bone) 24,
It has a personal computer (PC) 26 as signal processing means for calculating the three-dimensional position of the upper and lower jaws 22, 24 in real time.

【0056】なお、磁界センサアレイ18は、個々の磁
界センサ20iが一体的にされた磁界センサ組立体とし
て構成されているので、個々の磁界センサ20i間の相
対位置は既知の位置としてパーソナルコンピュータ26
に記憶しておくことができる。
Since the magnetic field sensor array 18 is configured as a magnetic field sensor assembly in which the individual magnetic field sensors 20i are integrated, the relative position between the individual magnetic field sensors 20i is set as a known position in the personal computer 26.
Can be stored.

【0057】図1および図3に示すように、パーソナル
コンピュータ26は、図示していないCPU、ROM、
RAM、ハードディスク等を有する信号処理手段として
の本体部50と、この本体部50に接続されるCRTデ
ィスプレイ等のモニタディスプレイ52と、本体部50
に接続される入力手段等として機能するキーボード54
とマウス56とを有し、キャスター45により固定・移
動自由なラック46の上段の棚上に収容されている。
As shown in FIGS. 1 and 3, the personal computer 26 includes a CPU, ROM,
A main unit 50 as a signal processing unit having a RAM, a hard disk, and the like; a monitor display 52 such as a CRT display connected to the main unit 50;
Keyboard 54 that functions as input means and the like connected to
And a mouse 56, and are housed on the upper shelf of a rack 46 that can be fixed and moved freely by the casters 45.

【0058】ラック46には、パーソナルコンピュータ
26以外にプリンタ60、AD変換器62、および電源
部64が収容されている。
The rack 46 houses a printer 60, an AD converter 62, and a power supply unit 64 in addition to the personal computer 26.

【0059】このパーソナルコンピュータ26等が配さ
れているラック46は、被測定者14に配置されている
磁気マーカ16と、磁界センサアレイ18および後述す
る外部磁界検出センサ44が配されている測定用スタン
ド38とに対して、磁気的な相互作用を及ぼさない程度
に離れた位置となるよう配線66を介して配置されてい
る。配線66は、電磁シールド被覆がなされた多心電線
を用いている。
The rack 46 on which the personal computer 26 and the like are disposed is a measurement marker on which the magnetic marker 16 disposed on the subject 14 and the magnetic field sensor array 18 and an external magnetic field detection sensor 44 described later are disposed. It is arranged via the wiring 66 so as to be away from the stand 38 so as not to exert a magnetic interaction. As the wiring 66, a multi-core electric wire coated with an electromagnetic shield is used.

【0060】図3に示すように。電源部64は、電源コ
ード80を介して、図示していないAC100V等の交
流電源に接続されており、電源部64により生成された
直流電源がAD変換器62に供給されるとともに、配線
66bを介して磁界センサアレイ18a、18bおよび
外部磁界検出センサ44に供給される。
As shown in FIG. The power supply unit 64 is connected to an AC power supply (not shown) such as AC 100 V via a power supply cord 80. The DC power supply generated by the power supply unit 64 is supplied to the AD converter 62, and the power supply unit 64 The magnetic field is supplied to the magnetic field sensor arrays 18 a and 18 b and the external magnetic field detection sensor 44 via the magnetic field sensor array 18.

【0061】図1に示すように、ラック46の下側棚板
上には、ポインタホルダ74が固定され、このポインタ
ホルダ74には、測定者(不図示)等が手に持って任意
に移動させることの自由な、内部に磁気マーカ72を有
するポインタ70が、抜き差し自由な状態で挿入されて
いる。
As shown in FIG. 1, a pointer holder 74 is fixed on the lower shelf plate of the rack 46, and a measurer (not shown) or the like can arbitrarily move the pointer holder 74 with his / her hand. A pointer 70 having a magnetic marker 72 therein, which is free to be inserted, is inserted in a freely removable state.

【0062】このポインタ70は、図2、図3に示すよ
うに、磁石である磁気マーカ72が内蔵されるととも
に、略円錐状の尖った先端部76を有する鉛筆状の棒体
である。ポインタ70に内蔵される磁気マーカ72以外
の部分の材質は、樹脂等の非磁性体とされている。この
場合、ポインタ70の略円錐状の先端部76の位置と磁
気マーカ72(の中心)間の距離は既知であり、本体部
50のハードディスク内に記憶され格納されている。ま
た、磁気マーカ72の磁化方向が、ポインタ70の軸心
方向に一致するように磁気マーカ72が取り付けられて
いる。測定誤差を最小限とするため、内蔵される磁気マ
ーカ72は、なるべく先端部76に近い位置に配置固定
することが好ましい。もちろん先端部76に配置するこ
ともできる。
As shown in FIGS. 2 and 3, the pointer 70 is a pencil-like rod body having a built-in magnetic marker 72 as a magnet and having a substantially conical pointed tip 76. The material of the portion other than the magnetic marker 72 incorporated in the pointer 70 is a non-magnetic material such as resin. In this case, the distance between the position of the substantially conical tip 76 of the pointer 70 and (the center of) the magnetic marker 72 is known, and is stored and stored in the hard disk of the main body 50. The magnetic marker 72 is attached so that the magnetization direction of the magnetic marker 72 matches the axial direction of the pointer 70. In order to minimize measurement errors, it is preferable that the built-in magnetic marker 72 is arranged and fixed at a position as close as possible to the distal end portion 76. Of course, it can also be arranged at the tip 76.

【0063】この実施の形態において、磁気マーカ16
および磁気マーカ72は、大きさが、5mm×5mm×
2mm(厚み)程度、飽和磁束密度が1[T(テス
ラ)]程度の最大エネルギ積の大きいNdFeB(ネオ
ジウム鉄ボロン)材質の焼結磁石の永久磁石を用いてい
る。このような磁気マーカ16、72を用いることで、
磁界センサ20iでは、10[mG(ミリガウス)]〜
100[mG]程度の磁界を検出することができる。ま
た、この実施の形態において、磁気マーカ16の磁化の
方向(着磁方向)J(図3参照)は、被測定者14から
外向きの方向に向けられ、磁界センサ20iの磁界検出
方向が、この磁化方向Jに一致するように設定されてい
る。
In this embodiment, the magnetic marker 16
And the size of the magnetic marker 72 is 5 mm × 5 mm ×
A permanent magnet of a sintered magnet made of NdFeB (neodymium iron boron) having a large maximum energy product of about 2 mm (thickness) and a saturation magnetic flux density of about 1 [T (tesla)] is used. By using such magnetic markers 16 and 72,
In the magnetic field sensor 20i, 10 [mG (milligauss)] to
A magnetic field of about 100 [mG] can be detected. Further, in this embodiment, the magnetization direction (magnetization direction) J (see FIG. 3) of the magnetic marker 16 is directed outward from the subject 14 and the magnetic field detection direction of the magnetic field sensor 20i is It is set to match this magnetization direction J.

【0064】磁界センサ20iおよび外部磁界検出用セ
ンサ44としては、ホール素子を利用したもの、磁気抵
抗効果素子を利用したもの、高周波キャリア型薄膜磁界
センサ(Magneto Impedance Sen
sor)を利用したもの、あるいは高周波励磁コイルを
有するフラックスゲートセンサ等、周知のものを用いる
ことができる。なお、3軸のフラックスゲートセンサに
ついては、たとえば、特開2000−337811号公
報に詳細に開示されている。
As the magnetic field sensor 20i and the external magnetic field detecting sensor 44, those using a Hall element, those using a magnetoresistive effect element, and high-frequency carrier type thin film magnetic field sensors (Magneto Impedance Sen)
sor) or a well-known sensor such as a flux gate sensor having a high-frequency excitation coil can be used. The three-axis fluxgate sensor is disclosed in detail, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-337811.

【0065】特に、高周波キャリア型薄膜磁界センサを
用いた場合には、ヘッドの寸法が、1mm以下となり、
この1mm以下の高周波キャリア薄膜磁界センサの検出
感度は、ヘッドの寸法が10mm程度のフラックスゲー
トセンサと略同等以上の感度を有する。
In particular, when a high-frequency carrier type thin-film magnetic field sensor is used, the size of the head becomes 1 mm or less.
The detection sensitivity of the high-frequency carrier thin-film magnetic field sensor of 1 mm or less has a sensitivity substantially equal to or higher than that of a fluxgate sensor having a head size of about 10 mm.

【0066】顎運動の測定に関し、高周波キャリア型薄
膜磁界センサを用いる場合には、ヘッド寸法を点として
考えることが可能であり、フラックスゲートセンサを用
いる場合には、必要に応じて、ヘッド寸法を有限と考え
て処理を行う。
Regarding the measurement of jaw movement, when using a high-frequency carrier type thin film magnetic field sensor, it is possible to consider the head size as a point, and when using a flux gate sensor, the head size may be changed as necessary. Processing is performed assuming it is finite.

【0067】すなわち、磁界センサ20iは、できるだ
けヘッド寸法の小さいものを採用することが好ましい。
ヘッド寸法が小さいほど磁気マーカ16の周辺の磁界を
正確に測定でき、複数の磁気マーカ16の検出位置精度
が向上するからである。
That is, it is preferable to employ a magnetic field sensor 20i having the smallest possible head size.
This is because the smaller the head size, the more accurately the magnetic field around the magnetic marker 16 can be measured, and the detection position accuracy of the plurality of magnetic markers 16 improves.

【0068】この図1〜図3例において、磁気マーカ1
6a、16bは、椅子30に腰掛けている被測定者14
の額部32と下顎歯(下顎歯列)34中、下顎切歯の歯
冠部に、容易に取り外し可能な接着剤を介してそれぞれ
取り付けられる。
In the examples of FIGS. 1 to 3, the magnetic marker 1
6a and 16b indicate the subject 14 sitting on the chair 30.
In the forehead part 32 and the lower teeth (lower dentition) 34 of the lower incisor, they are respectively attached to the crown part of the lower incisor via an adhesive which can be easily removed.

【0069】図1に示すように、被測定者14が腰掛け
る椅子30の背もたれ部には、被測定者14の頭部を支
えるヘッドレスト29が取り付けられている。ヘッドレ
スト29は、個々の被測定者14の顎部24に磁界セン
サ20iの位置をできるだけ近づけるためと被測定者1
4の頭部の位置に対応するように、上下、左右、前後方
向に移動させることが可能な構成になっている。
As shown in FIG. 1, a headrest 29 for supporting the head of the subject 14 is attached to a backrest of a chair 30 on which the subject 14 sits. The headrest 29 is used to bring the position of the magnetic field sensor 20i as close as possible to the jaw 24 of each subject 14 and the subject 1
4 so that it can be moved up and down, left and right, and back and forth so as to correspond to the position of the head.

【0070】図2に示すように、磁界センサ20iを被
測定者14に近接させ対向配置した測定時において、磁
界センサ20iは、各磁気マーカ16a、16bを顔面
の正面から取り囲むようにそれぞれ配置され、磁界セン
サ20iから構成される磁界センサ組立体としての磁界
センサアレイ18a、18bは、センサホルダ36に取
り付けられている。
As shown in FIG. 2, at the time of measurement in which the magnetic field sensor 20i is placed close to the person 14 to be measured and opposed thereto, the magnetic field sensors 20i are respectively arranged so as to surround the magnetic markers 16a and 16b from the front of the face. The magnetic field sensor arrays 18a and 18b as a magnetic field sensor assembly including the magnetic field sensors 20i are mounted on a sensor holder 36.

【0071】この磁界センサアレイ18a、18bが取
り付けられたセンサホルダ36が、図1に示すように、
固定用ねじ41により上下方向(垂直方向)の自由な位
置に調節可能な測定用スタンド38の支柱40間に取り
付けられている。各支柱40は、被測定者14の脚部を
避けるために略U字状のベース42の両端に垂直方向に
取り付けられ、このような構成の測定用スタンド38
は、ベース42の床側に取り付けられている4個のキャ
スタ43により被測定者14の方向に対して移動および
固定自由である。
As shown in FIG. 1, the sensor holder 36 to which the magnetic field sensor arrays 18a and 18b are attached
It is attached between the columns 40 of the measurement stand 38 which can be adjusted to a free position in the vertical direction (vertical direction) by a fixing screw 41. Each of the columns 40 is vertically attached to both ends of a substantially U-shaped base 42 in order to avoid the legs of the person 14 to be measured.
Is freely movable and fixed in the direction of the subject 14 by four casters 43 attached to the floor side of the base 42.

【0072】支柱40間には、さらに、地磁気等の外部
磁界(外部不要磁界)を検出する3次元磁界センサであ
る外部磁界検出センサ44が取付孔39(39a、39
b、39c、39d)およびコ字状の枠37を介して配
置固定されている。外部磁界検出センサ44は、ねじ3
5により、取付部39a、39b、39c、39dのい
ずれかの位置に配置固定することが可能である。
An external magnetic field detecting sensor 44, which is a three-dimensional magnetic field sensor for detecting an external magnetic field (external unnecessary magnetic field) such as terrestrial magnetism, is provided between the columns 40.
b, 39c, 39d) and a U-shaped frame 37. The external magnetic field detection sensor 44
5, it is possible to arrange and fix it at any position of the mounting portions 39a, 39b, 39c, 39d.

【0073】この外部磁界検出センサ44の最適な配置
位置は、磁気マーカ16から作用する磁界が無視できる
ほど小さくなる位置(基本的には、磁気マーカ16から
比較的に離れた位置)であって、かつ各磁界センサ20
iに作用する磁気マーカ16以外の地磁気を含む外部磁
界と同等の磁界を3軸成分で検出できる位置とされる。
The optimal arrangement position of the external magnetic field detection sensor 44 is a position where the magnetic field acting on the magnetic marker 16 is so small that it can be ignored (basically, a position relatively far from the magnetic marker 16). And each magnetic field sensor 20
The position is such that a magnetic field equivalent to an external magnetic field including geomagnetism other than the magnetic marker 16 acting on i can be detected by three-axis components.

【0074】外部磁界検出センサ44は、各磁界センサ
20iの同相成分を相殺するために配置される。地磁気
を含む外部磁界成分(直流磁界成分+変動磁界成分)中
の変動(ふらつき)磁界成分をも相殺するために、磁気
マーカ16からの磁界が0.1[mG:ミリガウス]以
下となる位置が好ましい。
The external magnetic field detection sensor 44 is arranged to cancel the in-phase component of each magnetic field sensor 20i. The position where the magnetic field from the magnetic marker 16 becomes 0.1 [mG: milligauss] or less in order to also cancel the fluctuating (wobble) magnetic field component in the external magnetic field component (DC magnetic field component + fluctuating magnetic field component) including geomagnetism. preferable.

【0075】なお、この実施の形態においては、図1に
示すように、外部磁界検出センサ44を、枠37を介し
て磁界センサ20iを有する磁界センサアレイ18と一
体的に形成されているセンサホルダ36のパイプ部に一
体的に固定するようにしている。このため、磁界センサ
アレイ18の位置が個々の測定者14に対応するように
支柱40を上下させてセンサホルダ36を上下させて
も、磁界センサ20iと外部磁界検出センサ44との空
間上の位置関係が変化しない。この構成のため、各取付
部39a〜39dにおいて、一旦、各磁界センサ20i
の出力と、外部磁界検出センサ44の出力との相殺関係
を調整して決定し、パーソナルコンピュータ26のハー
ドディスク等に記憶格納しておけば、この相殺関係の再
調整が不要となるという利点を有する。
In this embodiment, as shown in FIG. 1, an external magnetic field detection sensor 44 is provided with a sensor holder integrally formed with a magnetic field sensor array 18 having a magnetic field sensor 20i via a frame 37. 36 and is integrally fixed to the pipe portion. Therefore, even if the column 40 is moved up and down so that the position of the magnetic field sensor array 18 corresponds to each individual person 14 and the sensor holder 36 is moved up and down, the spatial position of the magnetic field sensor 20i and the external magnetic field detection sensor 44 is maintained. Relationship does not change. Due to this configuration, each of the magnetic field sensors 20i is temporarily set in each of the mounting portions 39a to 39d.
If the offset relationship between the output of the external magnetic field sensor 44 and the output of the external magnetic field detection sensor 44 is adjusted and determined and stored in the hard disk or the like of the personal computer 26, there is an advantage that readjustment of the offset relationship becomes unnecessary. .

【0076】図1に示す測定用スタンド38全体の材質
は、磁気マーカ16からの磁界あるいは外部磁界を乱さ
ないように、たとえばプラスチック樹脂、木、あるいは
ステンレス等の非磁性体を用いることが好ましい。セン
サホルダ36および枠37、ねじ35の材質も同様に非
磁性体を用いることが好ましい。
As a material of the entire measurement stand 38 shown in FIG. 1, it is preferable to use a non-magnetic material such as plastic resin, wood or stainless steel so as not to disturb the magnetic field from the magnetic marker 16 or an external magnetic field. Similarly, it is preferable to use a non-magnetic material for the material of the sensor holder 36, the frame 37, and the screw 35.

【0077】図1および図3に示すように、各磁界セン
サ20iおよび外部磁界検出センサ44で検出された磁
界は、アナログ信号として、配線66を介してAD変換
器(アナログデジタル変換器)62に供給され、該AD
変換器62によりデジタルデータとしての磁界強度の値
に変換され、パーソナルコンピュータ26を構成する本
体部50中のRAMおよびハードディスクの所定領域に
記憶される。
As shown in FIGS. 1 and 3, the magnetic field detected by each magnetic field sensor 20i and the external magnetic field detection sensor 44 is sent to an AD converter (analog / digital converter) 62 via a wiring 66 as an analog signal. Supplied and the AD
The data is converted into a value of the magnetic field intensity as digital data by the converter 62, and is stored in a predetermined area of the RAM and the hard disk in the main body 50 constituting the personal computer 26.

【0078】パーソナルコンピュータ26の本体部50
は、上述したように、信号処理手段として機能し、この
信号処理手段は、予め記録されているアプリケーション
プログラムに基づき、後述するように、最尤度法等の繰
り返し計算を利用し、AD変換器62を介して供給され
た磁界強度のデジタルデータから磁気マーカ16a、1
6bの位置をリアルタイムに算出するとともに、外部磁
界検出センサ44の出力に基づき外部磁界の大きさと方
向を算出し、さらには、必要なときに、内部に磁気マー
カ72を有する移動自由なポインタ70の先端の接触部
位の位置を算出する。また、信号処理手段は、ポインタ
70の先端の接触部位の位置を、磁気マーカ16を基準
とする相対位置として記憶し登録し、必要なときに読み
出す処理を行う。
Main unit 50 of personal computer 26
Functions as a signal processing means as described above. This signal processing means uses an iterative calculation such as a maximum likelihood method based on an application program recorded in advance, as described later, and performs AD conversion. From the digital data of the magnetic field strength supplied via
6b is calculated in real time, the magnitude and direction of the external magnetic field are calculated based on the output of the external magnetic field detection sensor 44. When necessary, the position of the movable pointer 70 having the magnetic marker 72 inside is calculated. Calculate the position of the tip contact area. Further, the signal processing means stores and registers the position of the contact portion at the tip of the pointer 70 as a relative position with respect to the magnetic marker 16, and reads out the position when necessary.

【0079】このようにして、磁気マーカ16a、16
b等の3次元位置が測定される。本体部50は、測定し
た磁気マーカ16a、16b等の位置をRAMおよびハ
ードディスクに記憶するとともに、これらの位置に基づ
き、ディスプレイ52上に、被測定者14に対応する人
物の顎運動画像を動画としてリアルタイムに表示する。
Thus, the magnetic markers 16a, 16a
A three-dimensional position such as b is measured. The main body unit 50 stores the measured positions of the magnetic markers 16a, 16b and the like in the RAM and the hard disk and, based on these positions, displays a jaw movement image of the person corresponding to the subject 14 on the display 52 as a moving image. Display in real time.

【0080】この実施の形態に係る3次元顎運動測定シ
ステム10は、基本的には以上のように構成され、かつ
動作するものであり、次に、図4に示す動作フローチャ
ートを参照しながらその動作をさらに詳細に説明する。
The three-dimensional jaw movement measuring system 10 according to this embodiment is basically configured and operates as described above. Next, referring to an operation flowchart shown in FIG. The operation will be described in further detail.

【0081】まず、ステップS1では、各磁界センサ2
0iの出力値を、外部磁界検出センサ44の出力値で校
正、いわゆるキャリブレーションしておく。この校正
は、当該顎運動測定システム10の製造業者(メーカ
ー)の工場内の磁気シールドされた特定設備内等で行わ
れる。
First, in step S1, each magnetic field sensor 2
The output value of 0i is calibrated with the output value of the external magnetic field detection sensor 44, so-called calibration. This calibration is performed in a specific facility that is magnetically shielded in a factory of the manufacturer (manufacturer) of the jaw movement measuring system 10 or the like.

【0082】すなわち、平等磁界(地磁気程度の磁界)
を外部磁界検出センサ44と各磁界センサ20iに、同
時に、たとえば、直交3軸であるX軸、Y軸、Z軸の順
に順次作用させてゆき、各軸毎に、外部磁界検出センサ
44と各磁界センサ20iの出力値との関係(たとえ
ば、外部磁界検出センサ44と各磁界センサ20iの出
力の差)を、各磁界センサ20iの出力値が、0値ある
いは無視できるほど小さい値となるような補正係数を決
めておき、ルックアップテーブル(外部不要磁界相殺
(校正)用ルックアップテーブル(表)という。)等を
作成しておく。このルックアップテーブルは、パーソナ
ルコンピュータ26の本体部50中の記憶媒体であるハ
ードディスクに記憶しておく。なお、ルックアップテー
ブルに代替して計算式(外部不要磁界相殺(校正)用計
算式)として、格納しておくこともできる。
That is, an equal magnetic field (a magnetic field on the order of terrestrial magnetism)
To the external magnetic field detection sensor 44 and each magnetic field sensor 20i simultaneously, for example, sequentially in the order of three orthogonal axes, X axis, Y axis, and Z axis, and for each axis, the external magnetic field detection sensor 44 and each The relationship between the output value of the magnetic field sensor 20i (for example, the difference between the output of the external magnetic field detection sensor 44 and the output of each magnetic field sensor 20i) is set so that the output value of each magnetic field sensor 20i becomes a zero value or a negligibly small value. A correction coefficient is determined in advance, and a look-up table (referred to as a look-up table (table) for canceling (calibrating) external unnecessary magnetic field) is prepared. This look-up table is stored in a hard disk which is a storage medium in the main unit 50 of the personal computer 26. Instead of the lookup table, it may be stored as a calculation formula (calculation formula for canceling (calibrating) external unnecessary magnetic field).

【0083】すなわち、ルックアップテーブル(校正表
あるいはキャリブレーションテーブル)または計算式
(校正用計算式)は、各平等磁界の外部磁界センサ44
による検出磁界(ベクトル)をBreとし、各平等磁界
の各磁界センサ20i(iはi番目の意味)による検出
磁界(ベクトル)をBmeiとするとき、次の(1)式
の値が0値あるいは最小となる値となるような補正係数
kを、検出磁界Breを変数とする関数として決定して
おく。
That is, the look-up table (calibration table or calibration table) or the calculation formula (calculation formula for calibration) is the external magnetic field sensor 44 of each equal magnetic field.
When the detected magnetic field (vector) by the following equation (1) is Bre and the detected magnetic field (vector) by each magnetic field sensor 20i (i is the i-th meaning) of each equal magnetic field is Bmei, the value of the following equation (1) is 0 or The correction coefficient k that becomes the minimum value is determined as a function using the detected magnetic field Bre as a variable.

【0084】Bmei−kBre …(1) このメーカ等でのキャリブレーションの後、該顎運動測
定システム10は、たとえば病院や診療所あるいは健康
センター等の測定場所に納入される。
Bmei-kBre (1) After calibration by the manufacturer or the like, the jaw movement measuring system 10 is delivered to a measuring place such as a hospital, a clinic, or a health center.

【0085】次に、ステップS2では、図1に示すよう
な測定場所において、3次元顎運動測定システム10に
電源が投入されると、該測定場所で磁界センサ20の出
力が、外部磁界検出センサ44の出力で自動的に校正さ
れる。すなわち、測定場所において、外部磁界検出セン
サ44で検出される地磁気等外部磁界の減算割合である
上記の補正係数kが、その測定場所での外部磁界(ベク
トル)Brに基づいて、上記の校正表あるいは校正用計
算式から自動的に算出される。
Next, in step S2, when the power is turned on to the three-dimensional jaw movement measuring system 10 at the measuring place as shown in FIG. 1, the output of the magnetic field sensor 20 at the measuring place is changed to the external magnetic field detecting sensor. Calibrated automatically at the output of 44. That is, at the measurement location, the correction coefficient k, which is the subtraction ratio of the external magnetic field such as the terrestrial magnetism detected by the external magnetic field detection sensor 44, is calculated based on the external magnetic field (vector) Br at the measurement location. Alternatively, it is automatically calculated from the calibration formula.

【0086】このように、実際の測定場所で磁界センサ
20の出力を外部磁界検出センサ44の出力により補正
するのは、地磁気等の外部磁界が時間の経過あるいは場
所によって一定ではなく変化するからである。
The reason why the output of the magnetic field sensor 20 is corrected at the actual measurement location by the output of the external magnetic field detection sensor 44 is that the external magnetic field such as the terrestrial magnetism is not constant but varies with time or location. is there.

【0087】したがって、外部磁界検出センサ44を有
する顎運動測定システム10によれば、測定中に、たと
え、地磁気等の外部磁界が変化しても、そのような変動
性のノイズ成分が自動的に除去される。
Therefore, according to the jaw movement measuring system 10 having the external magnetic field detecting sensor 44, even if an external magnetic field such as geomagnetism changes during measurement, such a noise component of variability is automatically generated. Removed.

【0088】なお、測定場所において、電源が投入され
た時点では、磁気マーカ16a、16bは、被測定者1
4に取り付けられていない。また、磁気マーカ16a、
16bは、磁界センサアレイ18および外部磁界検出セ
ンサ44に影響を及ぼさないような十分離れた位置ある
いは磁気シールド箱(不図示)内に置いてある。
When the power is turned on at the measurement location, the magnetic markers 16a and 16b
Not attached to 4. Also, the magnetic markers 16a,
16b is located at a sufficiently distant position so as not to affect the magnetic field sensor array 18 and the external magnetic field detection sensor 44 or in a magnetic shield box (not shown).

【0089】次に、ステップS3では、椅子30に腰掛
けている被測定者14に対して測定用スタンド38を対
向配置することで磁界センサ20iを配置する。
Next, in step S3, the magnetic field sensor 20i is arranged by placing the measuring stand 38 facing the subject 14 sitting on the chair 30.

【0090】この場合、測定用スタンド38を、図1の
位置から被測定者14に向けて近づけ、磁界センサアレ
イ18のセンサホルダ36が所定位置、たとえば、図5
に示すように、横から見て、センサホルダ36の被測定
者14側の先端が、被測定者14の顔の前面と略一致す
る位置として、測定用スタンド38のキャスタ43を固
定する。
In this case, the measurement stand 38 is moved toward the subject 14 from the position shown in FIG. 1, and the sensor holder 36 of the magnetic field sensor array 18 is moved to a predetermined position, for example, as shown in FIG.
As shown in (1), the caster 43 of the measurement stand 38 is fixed such that the tip of the sensor holder 36 on the side of the subject 14 substantially coincides with the front surface of the face of the subject 14 when viewed from the side.

【0091】このステップS3では、さらに、被測定者
14に対して磁界センサアレイ18を所定高さに配置調
整する。具体的には、たとえば、被測定者14の下顎
(下顎骨)24中の下顎歯のうち、2本の中切歯Ti
(いわゆる前歯)の位置(後に磁気マーカ16bを貼付
する位置)と下側の磁界センサアレイ18bの高さが一
致するようにホルダ36を上下させ、一致した状態で固
定用ねじ41によりホルダ36を支柱40に固定する。
In this step S3, the magnetic field sensor array 18 is further adjusted at a predetermined height with respect to the person 14 to be measured. Specifically, for example, of the lower teeth in the lower jaw (mandibular bone) 24 of the subject 14, two middle incisors Ti
The holder 36 is moved up and down so that the position of the so-called front tooth (the position where the magnetic marker 16b is to be pasted) and the height of the lower magnetic field sensor array 18b coincide with each other. It is fixed to the support 40.

【0092】図6は、被測定者14に対して測定用スタ
ンド38、換言すれば磁界センサ20iが配置された状
態を示している。図6に示すように、測定用スタンド3
8の幅L2(図1参照)は、測定者14の最大幅である
両上腕間の間隔を超える間隔に設定している椅子30の
横幅L3よりも広くしてあるので、磁界センサ20iを
有するセンサホルダ36を被測定者14に対し所望の位
置に配置することができる。
FIG. 6 shows a state in which the measuring stand 38, in other words, the magnetic field sensor 20i, is arranged on the person 14 to be measured. As shown in FIG.
8 has a magnetic field sensor 20i because the width L2 (see FIG. 1) is wider than the width L3 of the chair 30 which is set to be larger than the maximum width of the subject 14 between the upper arms. The sensor holder 36 can be arranged at a desired position with respect to the person 14 to be measured.

【0093】この場合、外部磁界検出センサ44の高さ
方向の位置は、被測定者14の太股に載せた腕の上側と
なるように設定しているので、被測定者14に接触する
ことがない。
In this case, since the position of the external magnetic field detection sensor 44 in the height direction is set so as to be above the arm placed on the thigh of the person to be measured 14, the external magnetic field detection sensor 44 may come into contact with the person to be measured 14. Absent.

【0094】さらに、被測定者14の後頭部には、ヘッ
ドレスト29を配置しているので、被測定者14は、自
己の頭部をこのヘッドレスト29により圧迫なく自然に
支えることができるとともに、ヘッドレスト29が上
下、左右、前後方向に移動できるようになっているの
で、磁気マーカ16の貼付位置をできるだけ磁界センサ
アレイ18に近づけることができる。
Further, since the headrest 29 is disposed on the back of the subject's 14 head, the subject 14 can support his / her own head naturally by the headrest 29 without any pressure. Can be moved up and down, left and right, and back and forth, so that the sticking position of the magnetic marker 16 can be as close to the magnetic field sensor array 18 as possible.

【0095】このように、測定中において、被測定者1
4は、後述するように、きわめて小さい磁気マーカ16
だけが取り付けられただけの状態、換言すれば、身体的
に直接圧迫のないきわめて自由な状態で、顎運動測定あ
るいは診査を受けることが可能である。図5、図6に示
すように、この測定中には、被測定者14の視界も測定
装置によりほとんど制限されることがない。
As described above, during the measurement, the subject 1
4 is a very small magnetic marker 16 as described later.
It is possible to take a jaw movement measurement or a medical examination in a state where only the body is attached, in other words, in a very free state without direct physical compression. As shown in FIGS. 5 and 6, during this measurement, the field of view of the subject 14 is hardly limited by the measuring device.

【0096】したがって、この実施の形態による3次元
顎運動測定システム10を用いることで、従来技術の項
で説明したように、ベルト固定磁界センサ組立体あるい
は光源装置等により被測定者の頭部を固定するという不
自由さが一掃される。そのため、従来装置では困難であ
った小児や高齢者に対しても適用が可能になる。
Therefore, by using the three-dimensional jaw movement measuring system 10 according to this embodiment, as described in the section of the prior art, the head of the subject is fixed by the belt-fixed magnetic field sensor assembly or the light source device. The inconvenience of fixing is eliminated. Therefore, the present invention can be applied to children and elderly people, which is difficult with the conventional device.

【0097】次に、ステップS4においては、図6に示
すように被測定者14の顔面に対し、磁界センサレイ1
8が対向配置された状態において、ねじ35を取り外し
て外部磁界検出センサ44が取り付けられた枠37を上
下することで、上記(1)式の値が最小値となるよう
に、当該測定位置における外部磁界検出センサ44の最
適な高さを決定し、決定した高さ位置に最も近い位置に
ある取付孔39に、ねじ35により枠37、すなわち外
部磁界検出センサ44を取付固定する。
Next, in step S4, as shown in FIG. 6, the magnetic field sensor
By dismounting the screw 35 and moving up and down the frame 37 on which the external magnetic field detection sensor 44 is mounted in a state where the positions 8 are opposed to each other, the value of the above equation (1) becomes the minimum value at the measurement position. The optimum height of the external magnetic field detection sensor 44 is determined, and the frame 37, that is, the external magnetic field detection sensor 44 is mounted and fixed to the mounting hole 39 closest to the determined height position by the screw 35.

【0098】3次元顎運動システム10による測定中
に、外部磁界検出センサ44に関連してパーソナルコン
ピュータ26の本体部50で行われる演算は、各磁界セ
ンサ20i(iはi番目の意味)の校正前の出力値(測
定磁界:ベクトル)をBmi0、外部磁界センサ44に
よる検出磁界(ベクトル)をBrとし、上記補正表ある
いは補正式に基づく定数をkとし、補正後の各磁界セン
サ20iの測定磁界をBmiとすれば、測定磁界(ベク
トル)Bmiは、次の(2)式で表すことができる。
During the measurement by the three-dimensional jaw movement system 10, the calculation performed by the main body 50 of the personal computer 26 in relation to the external magnetic field detection sensor 44 is performed by calibrating each magnetic field sensor 20i (i is the i-th meaning). The previous output value (measured magnetic field: vector) is Bmi0, the detected magnetic field (vector) by the external magnetic field sensor 44 is Br, the constant based on the above correction table or correction formula is k, and the measured magnetic field of each corrected magnetic field sensor 20i is k. Is Bmi, the measured magnetic field (vector) Bmi can be expressed by the following equation (2).

【0099】 Bmi=Bmi0−kBr …(2) この(2)式により、外部磁界の時間変動性のノイズを
除くことができることが分かる。
Bmi = Bmi0−kBr (2) It can be seen from the equation (2) that noise with time variability of the external magnetic field can be eliminated.

【0100】この測定中には、被測定者14に取り付け
られる磁気マーカ16の1個に対して、少なくとも5個
の成分を有する磁界センサ20iが配置されるようにす
る。このようにすれば、5自由度(x,y,z,θ,
φ)の顎運動を観察することができる。
During this measurement, the magnetic field sensor 20i having at least five components is arranged for one of the magnetic markers 16 attached to the subject 14. In this way, five degrees of freedom (x, y, z, θ,
φ) jaw movement can be observed.

【0101】ただし、角度φとθは、図7に示すよう
に、原点Oからの座標(x,y,z)で定まるベクトル
Pのz軸からの傾き(方向角)φ、およびベクトルPを
xy平面へ射影したときのx軸からの傾き(方向角)θ
を表す。
However, as shown in FIG. 7, the angles φ and θ are the inclination (direction angle) φ of the vector P defined by the coordinates (x, y, z) from the origin O from the z-axis and the vector P. The inclination (direction angle) θ from the x-axis when projected onto the xy plane
Represents

【0102】次に、ステップS5では、磁気マーカ16
の配置と上下顎の特徴点のマーキング処理を行う。な
お、図1例に示す測定場所において、ステップS2〜S
4の処理過程では、実際には、磁気マーカ16は、被測
定者14に配置されていない状態にある。
Next, in step S5, the magnetic marker 16
And processing for marking the characteristic points of the upper and lower jaws. Note that, at the measurement locations shown in the example of FIG.
In the process of step 4, the magnetic marker 16 is not actually placed on the person 14 to be measured.

【0103】ここで、上下顎の特徴点のマーキング処理
とは、上顎22あるいは下顎24の表面上の任意点、た
とえば下顎24でいえば下顎左右第一大臼歯中心窩の点
や左右下顎頭近傍の点等の特徴点を、相対座標として設
定する処理である。
Here, the marking process of the characteristic points of the upper and lower jaw means an arbitrary point on the surface of the upper jaw 22 or the lower jaw 24, for example, in the case of the lower jaw 24, the point of the fossa of the lower right and left first molars and the vicinity of the left and right lower condyles. This is a process of setting feature points such as points as relative coordinates.

【0104】さらに詳しく説明すると、上下顎の特徴点
のマーキング処理とは、以下に説明するステップS6以
降の処理において被測定者14の顎に固定的に貼付され
る磁気マーカ16の貼付位置に対する、上下顎上の任意
点の相対位置(相対的3次元位置)を認識させ、登録
(記憶)する処理である。
More specifically, the marking process of the characteristic points of the upper and lower jaws is performed with respect to the position of the magnetic marker 16 fixedly attached to the jaw of the subject 14 in the processing after step S6 described below. In this process, the relative positions (relative three-dimensional positions) of arbitrary points on the upper and lower jaws are recognized and registered (stored).

【0105】そのため、まず、ステップS5aでは、下
顎24の正面の1箇所、この場合、図5に示すように、
被測定者14の下顎(下顎骨)24中の下顎歯のうち、
2本の中切歯Tiに跨って、それらの歯冠の中央に、上
述した磁気シールド箱等から取り出した磁気マーカ16
bを貼付する。歯に貼付するのは、歯は硬組織であり、
下顎骨とほぼ一体と考えられるので、下唇等の軟組織に
付けた場合に比較して、歯に取り付けることで下顎24
の運動を正確に再現することができるからである。
For this reason, first, in step S5a, one position in front of the lower jaw 24, in this case, as shown in FIG.
Of the lower teeth in the lower jaw (mandible) 24 of the subject 14,
A magnetic marker 16 taken out of the above-described magnetic shield box or the like is provided at the center of the crowns over two central incisors Ti.
b is attached. To be affixed to the teeth, the teeth are hard tissues,
Since it is considered to be almost integral with the mandible, by attaching it to the teeth, the lower jaw 24
This is because the movement of the person can be accurately reproduced.

【0106】次に、ステップS5bでは、下顎の任意点
(所望点、特徴点、あるいは代表点)を設定するため
に、測定者等は、ラック46のポインタホルダ74から
ポインタ70を取り外し、ポインタ70の先端部76
を、下顎歯列中の所定位置、たとえば両第2大臼歯Tm
(図5参照)の歯冠部に接触させ、貼付した磁気マーカ
16bの位置を基準とした両第2大臼歯Tmに対する3
次元座標位置を、磁界センサ20iの出力により後述す
る最尤度法等により求める。
Next, in step S5b, in order to set an arbitrary point (desired point, feature point, or representative point) of the lower jaw, the measurer removes the pointer 70 from the pointer holder 74 of the rack 46, and Tip 76 of
At a predetermined position in the lower dentition, for example, both second molars Tm
(See FIG. 5). The three second molars Tm with respect to the position of the magnetic marker 16b which was brought into contact with the crown portion of FIG.
The dimensional coordinate position is obtained from the output of the magnetic field sensor 20i by the maximum likelihood method described later or the like.

【0107】実際上、ポインタ70の先端部76を、被
測定者14の第2大臼歯Tmに接触させているとき、入
力装置であるマウス56により、ディスプレイ52上の
表示に従い、所定の箇所、たとえば、画面中の「磁気マ
ーカ付きポインタの接触中」と表示されている箇所をク
リックすることで、そのときの磁界センサ20iの磁界
からポインタ内部の磁気マーカ72の位置を求め、ポイ
ンタ70の先端部76の位置を求める。先端部76の位
置が、第2大臼歯Tmの位置である。
In practice, when the distal end portion 76 of the pointer 70 is in contact with the second molar Tm of the subject 14, the mouse 56 as an input device is used to display a predetermined portion in accordance with the display on the display 52. For example, by clicking on a portion of the screen where "touching pointer with magnetic marker" is displayed, the position of magnetic marker 72 inside the pointer is obtained from the magnetic field of magnetic field sensor 20i at that time, The position of the part 76 is determined. The position of the distal end portion 76 is the position of the second molar Tm.

【0108】このようにして、中切歯Tiに跨って貼付
された磁気マーカ16bに対する下顎歯列中、左右の両
第2大臼歯Tmの相対位置を求め、パーソナルコンピュ
ータ26の本体部50内のハードディスクに記憶して登
録しておく。同様な手順で、下顎24のその他の特徴
点、たとえば下顎左右第一大臼歯中心窩の点や左右下顎
頭近傍の点等の数点をマーキングし、磁気マーカ16b
の位置に対する相対位置を記憶して登録しておくことに
より、磁気マーカ16bの運動と同時にマーキングした
数点の運動も測定することができる。
In this manner, the relative positions of the left and right second molars Tm in the mandibular dentition with respect to the magnetic marker 16b affixed over the central incisor Ti are obtained, and the relative positions in the main body 50 of the personal computer 26 are determined. Store and register on the hard disk. In a similar procedure, other characteristic points of the lower jaw 24 are marked, for example, several points such as a point of the lower right and left first molar fovea and a point near the right and left lower condyles, and the magnetic marker 16b is marked.
By storing and registering the relative position with respect to the position, the movement of several points marked at the same time as the movement of the magnetic marker 16b can be measured.

【0109】なお、被測定者14が、下顎24の任意点
(特徴点、たとえば下顎左右第一大臼歯中心窩の点や左
右下顎等近傍の点)のマーキング中に、頭部や顎部を動
かさなければ、磁気マーカ16bは必要とせずに、ポイ
ンタ70のみで下顎24の任意点のマーキングを行うこ
とができるが、磁気マーカ16bが貼付されている場合
には、ポインタ70の先端部76を被測定者14に接触
させたときに頭部や顎部が動いてしまった場合において
も、貼付されている磁気マーカ16bに対する相対的位
置として記憶できるため、下顎24の任意点に対して正
確にマーキングを行うことが可能である。
It is to be noted that, while the subject 14 is marking an arbitrary point of the lower jaw 24 (a characteristic point, for example, a point in the central fossa of the lower right and left first molars and a point in the vicinity of the lower right and left jaws), the head or jaw is moved. If it is not moved, the magnetic marker 16b is not required, and any point on the lower jaw 24 can be marked without using the pointer 70. However, when the magnetic marker 16b is attached, the tip 76 of the pointer 70 is Even when the head or the jaw moves when it is brought into contact with the person to be measured 14, the position can be stored as a relative position with respect to the magnetic marker 16 b attached to the lower jaw 24. Marking can be performed.

【0110】また、ポインタ70による下顎任意点のマ
ーキング(相対位置把握)では、ポインタ70の先端部
76を所望点に接触させることによりその任意点を所望
点として座標位置を記憶して登録するため、被測定者1
4の表面に出ている点のみしか座標位置を登録すること
ができない。
In the marking of an arbitrary point on the lower jaw by the pointer 70 (to grasp the relative position), the user touches the tip 76 of the pointer 70 with a desired point to store and register the coordinate position as the desired point. , Subject 1
The coordinate position can be registered only for the point on the surface of No. 4.

【0111】しかし、実際には、被測定者14の内部の
点の運動をみる必要もあり、そのような場合には、その
位置をパーソナルコンピュータ26により算出した上で
登録することも可能である。たとえば、左右下顎頭の近
傍の点(耳珠のやや前方)を皮膚の上からポインタ70
で指し示し、ポインタ70で指示し記憶した左右の点を
結んだ直線に対し、内側へそれぞれ、たとえば20[m
m]動かした点をパーソナルコンピュータ26により算
出することで、その点(左右顆頭点に対応する。)の運
動を測定することも可能である。
However, in practice, it is necessary to observe the movement of a point inside the person 14 to be measured. In such a case, the position can be calculated and registered by the personal computer 26. . For example, a point (slightly forward of the tragus) near the right and left condyles is pointed from the skin with a pointer 70.
To the inside of the straight line connecting the left and right points pointed and stored by the pointer 70, for example, 20 [m
m] By calculating the moved point by the personal computer 26, it is also possible to measure the movement of that point (corresponding to the left and right condylar points).

【0112】ステップS5bにおける下顎形状の特徴点
の相対位置(磁気マーカ16bの位置を基準とする位
置)の登録処理が終了したとき、ステップS5cでは、
ポインタ70をポインタホルダ74に返却しておく。
When the registration processing of the relative position of the characteristic point of the lower jaw shape (position based on the position of the magnetic marker 16b) in step S5b is completed, in step S5c,
The pointer 70 is returned to the pointer holder 74.

【0113】次に、ステップS5dでは、図2、図5等
に示しているように、上顎22の側に磁気マーカ16a
を接着剤で取り付ける。
Next, in step S5d, as shown in FIGS. 2 and 5, the magnetic marker 16a is placed on the upper jaw 22 side.
Is attached with an adhesive.

【0114】磁気マーカ16aは、顔の中心線上で、か
つ図5に示すように、額32中、磁界センサアレイ18
aと同じ高さの水平線上に貼付する。なお、後述するよ
うに、上顎22の側に磁気マーカ16aを貼付する理由
は、測定中に上顎22が動いてしまった場合において
も、下顎24の運動から上顎22の運動を差し引きする
ことにより、下顎24のみの純粋な運動を検出して測定
することを可能とするためである。
The magnetic marker 16a is positioned on the center line of the face and, as shown in FIG.
Affix on a horizontal line at the same height as a. As described later, the reason why the magnetic marker 16a is attached to the upper jaw 22 is that even when the upper jaw 22 moves during the measurement, the motion of the upper jaw 22 is subtracted from the motion of the lower jaw 24. This is because it is possible to detect and measure pure movement of only the lower jaw 24.

【0115】このようにして、額32側の磁気マーカ1
6aの正面に磁界センサアレイ18aが対向配置され、
下顎24側の磁気マーカ16bの正面に磁界センサアレ
イ18bが対向配置されることになる。
In this way, the magnetic marker 1 on the forehead 32 is
A magnetic field sensor array 18a is disposed in front of 6a,
The magnetic field sensor array 18b is opposed to the front of the magnetic marker 16b on the lower jaw 24 side.

【0116】なお、磁気マーカ16aの取付箇所とし
て、硬組織である上顎歯等を選定しないで、額32を選
定したのは、額32が、上顎と一体に形成されている前
頭骨の前頭鱗上の軟組織(皮膚組織)であり厳密には剛
体とは言えないが、下顎歯列に取り付けた磁気マーカ1
6bとの距離が、たとえば上顎22を構成する上顎歯に
配置した場合に比較して、5倍以上の距離となり、磁気
マーカ16a、16b同士の磁界の相互作用が軽減さ
れ、磁界センサアレイ18a、18bで磁気マーカ16
a、16b個々の磁界をより正確に検出できるからであ
る。なお、磁気マーカ16a、16bの磁化の方向(着
磁方向J)は、図3、図5に示すように、被測定者14
の正面を向くようにしている。ここで、図5中、磁化の
方向Jおよびこの磁界の方向Jを示す矢印を囲む長方形
は、模式的なものであり、実際に存在するものではな
い。
Note that the forehead 32 was selected without selecting the hard tissue, such as the upper teeth, as the attachment location of the magnetic marker 16a, because the forehead 32 is a frontal scale of the frontal bone formed integrally with the upper jaw. Although it is the upper soft tissue (skin tissue) and cannot be said to be strictly rigid, the magnetic marker 1 attached to the lower dentition
The distance between the magnetic markers 16a and 16b is reduced by 5 times or more as compared with the case where the magnetic markers 16a and 16b are arranged on the upper teeth forming the upper jaw 22, for example. The magnetic marker 16 at 18b
This is because it is possible to more accurately detect the magnetic field of each of a and 16b. The direction of magnetization (magnetization direction J) of the magnetic markers 16a and 16b is, as shown in FIGS.
To face the front. Here, in FIG. 5, the rectangle surrounding the arrow indicating the direction J of the magnetization and the direction J of the magnetic field is a schematic one, and does not actually exist.

【0117】次に、ステップS6では、磁界センサアレ
イ18a、18b内の磁界センサ20iの出力により、
2個の双極子磁場(ダイポール磁界)の足し合わせ分布
から上下顎に配置された磁気マーカ16a、16bの位
置・方向を求める。
Next, in step S6, the output of the magnetic field sensor 20i in the magnetic field sensor arrays 18a and 18b is used.
The positions and directions of the magnetic markers 16a and 16b arranged on the upper and lower jaws are obtained from the combined distribution of the two dipole magnetic fields (dipole magnetic fields).

【0118】そのため、まず、図8に示すように、固定
点である絶対座標系X0Y0Z0の原点位置から、磁気
マーカ16aの位置を示す上顎座標系XuYuZuの原
点位置、および磁気マーカ16bの位置を示す下顎座標
系XbYbZbの原点位置までの位置・方向(ベクト
ル)Pu0、Pb0を求める。
For this purpose, as shown in FIG. 8, first, from the origin position of the absolute coordinate system X0Y0Z0 which is a fixed point, the origin position of the upper jaw coordinate system XuYuZu indicating the position of the magnetic marker 16a and the position of the magnetic marker 16b are shown. The position / direction (vector) Pu0, Pb0 up to the origin position of the lower jaw coordinate system XbYbZb is obtained.

【0119】この場合、上顎座標系XuYuZuと下顎
座標系XbYbZbの原点は、上顎22あるいは下顎2
4中のどの位置でもよいが、ここでは、簡単のために、
磁気マーカ16a、16bのそれぞれ中心位置に一致し
ているものとする。また、絶対座標系X0Y0Z0の原
点位置は、たとえば、磁界センサアレイ18を構成する
上下中央の磁界センサ224と2211を結んだ中点とす
る。
In this case, the origin of the upper jaw coordinate system XuYuZu and the lower jaw coordinate system XbYbZb is the upper jaw 22 or the lower jaw 2
4 may be any position, but here, for simplicity,
It is assumed that the magnetic markers 16a and 16b coincide with the respective center positions. Further, the origin position of the absolute coordinate system X0Y0Z0, for example, and connecting it midpoint vertically center of the magnetic field sensor 22 4 and 22 11 of the magnetic field sensor array 18.

【0120】この仮定のもとで2個の磁気マーカ16
a、16bの原点座標、換言すれば、上顎座標系XuY
uZuと下顎座標系XbYbZbの原点座標を、それぞ
れ、位置および方向角(姿勢角)のパラメータで表し
て、Pu0(x1,y1,z1,θ1,φ1)、Pb0
(x2,y2,z2,θ2,φ2)とする。
Under this assumption, the two magnetic markers 16
a, the origin coordinates of 16b, in other words, the upper jaw coordinate system XuY
The coordinates of the origin of uZu and the lower jaw coordinate system XbYbZb are represented by parameters of a position and a direction angle (posture angle), respectively, and Pu0 (x1, y1, z1, θ1, φ1), Pb0
(X2, y2, z2, θ2, φ2).

【0121】この場合、各磁界センサ20iで検出され
る測定磁界Bmiと、それぞれ磁気モーメントが既知で
ある各磁気マーカ16a、16bの各双極子磁界(ダイ
ポールフィールド)の各磁界センサ20iの位置での計
算値である計算磁界をBciとするとき、測定磁界Bm
iと計算磁界Bciとから、次の(3)式により最尤度
法等により、前記ベクトルPu0(x1,y1,z1,
θ1,φ1)、Pb0(x2,y2,z2,θ2,φ
2)の各パラメータを求める。図2例の磁界センサ20
iの配置例の場合、(3)式中、Σの範囲は、i=1〜
n=1〜14である。
In this case, the measured magnetic field Bmi detected by each magnetic field sensor 20i and the dipole magnetic field (dipole field) of each magnetic marker 16a, 16b whose magnetic moment is known at the position of each magnetic field sensor 20i. When the calculated magnetic field, which is a calculated value, is Bci, the measured magnetic field Bm
From the i and the calculated magnetic field Bci, the vector Pu0 (x1, y1, z1,
θ1, φ1), Pb0 (x2, y2, z2, θ2, φ
Find each parameter of 2). Magnetic field sensor 20 of FIG. 2 example
In the case of the arrangement example of i, in Expression (3), the range of Σ is i = 1 to 1.
n = 1 to 14.

【0122】 Σ(Bmi−Bci)2=0または極小値 …(3) この場合、マーカ数および磁気モーメントが既知である
ので、最尤度法のパラメータが減少し、かつ収束性およ
び精度を向上させることができる。
Σ (Bmi−Bci) 2 = 0 or minimum value (3) In this case, since the number of markers and the magnetic moment are known, the parameters of the maximum likelihood method are reduced, and the convergence and accuracy are improved. Can be done.

【0123】この(3)式の最小自乗法による最尤度法
で、複数のダイポールの位置および方向を求める計算を
詳しく説明する。
The calculation for finding the positions and directions of a plurality of dipoles by the maximum likelihood method using the least squares method of equation (3) will be described in detail.

【0124】式の見た目での分かり易さを考慮するた
め、ここで、ベクトルPu0、Pb0をそれぞれ単にベ
クトルp1、p2と置く。このとき、上記(3)式を、以
下の(3−1)式の評価関数S(p)と置く。
[0124] To account for comprehensibility of by appearance of expression, placed where the vector PU0, Pb0 respectively simply a vector p 1, p 2. At this time, the above equation (3) is set as an evaluation function S (p) of the following equation (3-1).

【0125】 S(p)=S(p1,p2)=Σ(Bmi−Bci(p1,p2))2=0 または最大値 …(3−1) ただし、(3−1)式において、各値は以下の通りであ
る。
S (p) = S (p 1 , p 2 ) = Σ (Bmi−Bci (p 1 , p 2 )) 2 = 0 or maximum value (3-1) where expression (3-1) , Each value is as follows.

【0126】 Bci(p1,p2)=(1/4π)× [{(−M1/r1 3)+(3(M1・r1)r1/r1 5)} +{(−M2/r2 3)+(3(M2・r2)r2/r2 5)}] …(3−2) (M1・r1)と(M2・r2)における「・」はベクトル
の内積 ベクトルp1=(x1,y1,z1,θ1,φ1) ベクトルp2=(x2,y2,z2,θ2,φ2) ベクトルp=(x1,y1,z1,θ1,φ1,x2,
y2,z2,θ2,φ2) ベクトルr1=(x1,y1,z1)−(xi,yi,
zi) ベクトルr2=(x2,y2,z2)−(xi,yi,
zi) ベクトルp1:磁気マーカ16aの位置ベクトル、方向 ベクトルp2:磁気マーカ16bの位置ベクトル、方向 (xi,yi,zi):i番目の磁界センサ20iの位
置ベクトル n:磁界センサ20iの成分数 ベクトルM1、M2:それぞれ磁気マーカ16a、16b
の磁気モーメント(既知) ベクトルr1:i番目の磁界センサ20iから磁気マー
カ16aへの位置ベクトル ベクトルr2:i番目の磁界センサ20iから磁気マー
カ16bへの位置ベクトル 上記のように定義される(3)式において、評価関数S
(p)が、ベクトルp=qにおいて極小値をとれば、m
を後述するパラメータの数として下記(3−3)式が成
立する。
[0126] Bci (p 1, p 2) = (1 / 4π) × [{(-M 1 / r 1 3) + (3 (M 1 · r 1) r 1 / r 1 5)} + {( -M in 2 / r 2 3) + ( 3 (M 2 · r 2) r 2 / r 2 5)}] ... (3-2) (M 1 · r 1) and (M 2 · r 2) " - "inner product vector p 1 = vector (x1, y1, z1, θ1 , φ1) vector p 2 = (x2, y2, z2, θ2, φ2) vector p = (x1, y1, z1 , θ1, φ1, x2
y2, z2, θ2, φ2) Vector r 1 = (x1, y1, z1) − (xi, yi,
zi) Vector r 2 = (x2, y2, z2) − (xi, yi,
zi) Vector p 1 : Position vector and direction of magnetic marker 16a Vector p 2 : Position vector and direction of magnetic marker 16b (xi, yi, zi): Position vector of i-th magnetic field sensor 20i n: Component of magnetic field sensor 20i Number vectors M 1 , M 2 : magnetic markers 16a, 16b, respectively
Vector r 1 : a position vector from the i-th magnetic field sensor 20i to the magnetic marker 16a vector r 2 : a position vector from the i-th magnetic field sensor 20i to the magnetic marker 16b is defined as above ( In the expression 3), the evaluation function S
If (p) takes the minimum value in the vector p = q, m
The following equation (3-3) holds as the number of parameters described below.

【0127】 (∂S(p)/∂pj)|p=q=0,(j=1,2…m) …(3−3) 上記(3−1)式を、この(3−3)式に代入して展開
すれば、Σの範囲をk=1〜mとして、次の(3−4)
式が得られる。
(∂S (p) / ∂p j ) | p = q = 0, (j = 1, 2,..., M) (3-3) ), The range of Σ is set as k = 1 to m, and the following (3-4)
An expression is obtained.

【0128】 Σ(∂2S/∂pj∂pk)Δpk=−(∂2S/∂pj),(j=1,2,…m ) …(3−4) この(3−4)式は、m行m列の行列式による連立方程
式であり、これを解いてベクトルΔpkを求め、ベクト
ルp(i+1)=ベクトルpi+ベクトルΔpkから最適解で
あるベクトルqを求めることができる。
Σ (∂ 2 S / ∂p j ∂p k ) Δp k = − (∂ 2 S / ∂p j ), (j = 1, 2,... M) (3-4) 4) expression, m-m is a simultaneous equation given by a matrix equation of the column, obtains a vector Delta] p k by solving this vector p (i + 1) = vector p i + vector Delta] p k optimal solution from which the vector q Can be requested.

【0129】なお、磁界Bmi、Bciの距離による一
階微分値を求め、この一階微分値と測定磁界Bmiのみ
に対して最尤度法を適用することで、磁界が距離の3乗
に比例することを考慮すると、精度を向上させることが
できる。
Note that the first order differential value based on the distance between the magnetic fields Bmi and Bci is obtained, and the maximum likelihood method is applied only to the first order differential value and the measured magnetic field Bmi, so that the magnetic field is proportional to the cube of the distance. In consideration of this, accuracy can be improved.

【0130】全ての磁界センサ20iの測定磁界Bmi
を用いることで、精度を向上させることができる。な
お、所定以上の磁界強度の得られる磁界センサ20iの
測定磁界Bmiを用いることで、精度の悪化を小さく保
持しながら、計測時間を大幅に短縮することができる。
The measured magnetic field Bmi of all magnetic field sensors 20i
The accuracy can be improved by using. In addition, by using the measurement magnetic field Bmi of the magnetic field sensor 20i that can obtain a magnetic field strength equal to or more than a predetermined value, the measurement time can be significantly reduced while deterioration in accuracy is kept small.

【0131】上記の(3)式のように、磁気モーメント
を用いて計算する場合に、磁気マーカ16a、16bの
相互作用が小さい場合には、そのまま用いてよいが、相
互作用が無視できない場合には、実効的な磁気モーメン
トを算出する必要がある。
As shown in the above equation (3), when the calculation is performed using the magnetic moment, if the interaction between the magnetic markers 16a and 16b is small, it may be used as it is. Needs to calculate the effective magnetic moment.

【0132】また、下顎24に付けている磁気マーカ1
6bの動きを、70(上下)×40(左右)×30(前
後)mm3以内と仮定し、上顎22に付けている磁気マ
ーカ16aの動きを30×30×30mm3以内と仮定
して、最尤度法による解の存在範囲を制限することで、
収束性の向上および算出時間の短縮を図ることができ
る。
Further, the magnetic marker 1 attached to the lower jaw 24
Assuming that the movement of 6b is within 70 (up and down) × 40 (left and right) × 30 (back and forth) mm 3 and that the movement of the magnetic marker 16a attached to the upper jaw 22 is within 30 × 30 × 30 mm 3 , By limiting the range of solutions using the maximum likelihood method,
It is possible to improve the convergence and shorten the calculation time.

【0133】さらに、磁界を検出するサンプリング間隔
を、顎の動きが10〜20mm以内となる時間に設定す
ることで、収束性が向上し、顎の動きを円滑に追跡する
ことができる。
Further, by setting the sampling interval for detecting the magnetic field to a time when the movement of the jaw is within 10 to 20 mm, the convergence is improved and the movement of the jaw can be tracked smoothly.

【0134】このようにしても、(3)式の演算が収束
しなかった場合、あるいは収束した場合においても、パ
ラメータの解が前後の軌跡から不自然な場合には、その
点における解を除いて、その前の時刻の解を初期値とし
て演算を繰り返せばよい。
In this case, if the calculation of the equation (3) does not converge, or even if it converges, if the solution of the parameter is unnatural from the preceding and following trajectories, the solution at that point is excluded. Then, the operation may be repeated with the solution at the previous time as an initial value.

【0135】なお、この計算は、顎関節を介する顎運動
で説明しているが、顎運動に限らず、磁気マーカ16
a、16bが配置される相対的に運動する少なくとも2
つの物体として、人体中、手指、上肢、下肢等、各関節
を介して運動する物体に対しても同様に適用することが
できる。
This calculation has been described with reference to the jaw movement via the jaw joint, but is not limited to the jaw movement.
a, at least two relatively moving where the 16b is located
The present invention can be similarly applied to an object that moves through each joint, such as the human body, fingers, upper limbs, and lower limbs.

【0136】次に、磁気マーカ16a、16bの位置方
向から上顎22および下顎24の物体のパラメータを求
める。
Next, the parameters of the objects of the upper jaw 22 and the lower jaw 24 are obtained from the position directions of the magnetic markers 16a and 16b.

【0137】この場合、上顎座標系XuYuZuにおけ
る任意の点の座標を(xu,yu,z u)とし、下顎座標
系XbYbZbにおける任意の点の座標を(xb,yb
b)とする。
In this case, in the upper jaw coordinate system XuYuZu
(X)u, Yu, Z u) And the lower jaw coordinates
Let the coordinates of an arbitrary point in the system XbYbZb be (xb, Yb,
zb).

【0138】また、絶対座標系X0Y0Z0から見た上
記任意の点の座標をそれぞれ(xu0,yu0,zu0)、
(xb0,yb0,zb0)とする。
[0138] Further, the above arbitrary point coordinates as seen from the absolute coordinate system X0Y0Z0 each (x u0, y u0, z u0),
(X b0 , y b0 , z b0 ).

【0139】このとき、顎座標(xu,yu,zu)、
(xb,yb,zb)から絶対座標(xu0,yu0
u0)、(xb0,yb0,zb0)への変換は、次の(4)
式および(5)式により得られる。(4)式および
(5)式中、右辺の最も左側の3行3列の行列は変換行
列と呼ばれ、各成分(各パラメータ)は、それぞれ、上
顎座標系XuYuZuの絶対座標系X0Y0Z0に対す
る方向余弦、下顎座標系XbYbZbの絶対座標系に対
する方向余弦である。なお、ベクトルPu0、Pb0
(図8参照)は、それぞれ、既に求めてある、上顎の磁
気マーカ16aおよび下顎の磁気マーカ16bの座標P
u0(x1,y1,z1)、Pb0(x2,y2,z
2)である。
At this time, jaw coordinates (x u , yu , z u ),
(X b, y b, z b) the absolute coordinates (x u0, y u0,
z u0 ) and (x b0 , y b0 , z b0 ) are converted into the following (4)
It is obtained by the equation and the equation (5). In Equations (4) and (5), the leftmost three-row, three-column matrix on the right side is called a transformation matrix, and each component (each parameter) is a direction of the maxillary coordinate system XuYuZu with respect to the absolute coordinate system X0Y0Z0. Cosine is the direction cosine of the lower jaw coordinate system XbYbZb with respect to the absolute coordinate system. Note that the vectors Pu0, Pb0
(See FIG. 8) are the coordinates P of the magnetic marker 16a of the upper jaw and the magnetic marker 16b of the lower jaw, which have already been obtained.
u0 (x1, y1, z1), Pb0 (x2, y2, z
2).

【0140】[0140]

【数1】 (Equation 1)

【0141】[0141]

【数2】 (Equation 2)

【0142】以下、主に下顎の運動に係わる(5)式に
ついて説明する。(4)式も同様であるので、必要な箇
所以外は、その説明を省略する。
Hereinafter, the expression (5) mainly relating to the movement of the lower jaw will be described. Since the equation (4) is the same, a description thereof will be omitted except where necessary.

【0143】(5)式中の変換行列は方向余弦であるこ
とから、次の(6)式〜(11)式の関係が成り立つ。
Since the transformation matrix in the equation (5) is the direction cosine, the following equations (6) to (11) hold.

【0144】 l1b 2+l2b 2+l3b 2=1 …(6) m1b 2+m2b 2+m3b 2=1 …(7) n1b 2+n2b 2+n3b 2=1 …(8) l2b3b+m2b3b+n2b3b=0 …(9) l3b1b+m3b1b+n3b1b=0 …(10) l1b2b+m1b2b+n1b2b=0 …(11) (6)式〜(11)式の全6式において、変数が9個あ
るので自由度は3(変数から式の数を引いた数)であ
る。
L 1b 2 + l 2b 2 + l 3b 2 = 1 ... (6) m 1b 2 + m 2b 2 + m 3b 2 = 1 ... (7) n 1b 2 + n 2b 2 + n 3b 2 = 1 ... (8) l 2b l 3b + m 2b m 3b + n 2b n 3b = 0 ... (9) l 3b l 1b + m 3b m 1b + n 3b n 1b = 0 ... (10) l 1b l 2b + m 1b m 2b + n 1b n 2b = 0 ... ( 11) In all six equations of equations (6) to (11), there are nine variables, so the degree of freedom is 3 (the number obtained by subtracting the number of equations from the variables).

【0145】ここで、磁気マーカ16a、16bの磁化
方向Jが平行であって、それぞれ、Xu軸、Xb軸と平
行であると仮定すると(もともと平行となるように付け
ている。)、以下の(12)式〜(14)式が成り立
つ。
Here, assuming that the magnetization directions J of the magnetic markers 16a and 16b are parallel and are respectively parallel to the Xu axis and the Xb axis (they are originally set to be parallel). Equations (12) to (14) hold.

【0146】 l1=cosθsinφ …(12) m1=sinφsinθ …(13) n1=cosφ …(14) すなわち、以下の(15)式〜(20)式が成り立つ。L 1 = cos θ sin φ (12) m 1 = sin φ sin θ (13) n 1 = cos φ (14) That is, the following equations (15) to (20) hold.

【0147】 l1b=cosθu・sinφu …(15) m1b=sinθu・cosφu …(16) n1b=cosφu …(17) l2b=cosθb・sinφb …(18) m2b=sinθb・cosφb …(19) n2b=cosφb …(20) (15)式〜(20)式を上記(4)式、(5)式に代
入すれば、次の(21)式、(22)式が得られる。
L1b = cosθu · sinφu (15) m1b = sinθu · cosφu (16) n1b = cosφu (17) 12b = cosθb · sinφb (18) m2b = sinθb · cosφb… (19) φ2 (20) By substituting the expressions (15) to (20) into the above expressions (4) and (5), the following expressions (21) and (22) are obtained.

【0148】[0148]

【数3】 (Equation 3)

【0149】[0149]

【数4】 (Equation 4)

【0150】(21)式、(22)式の変換行列を考え
ると、6変数5方程式になり(1方程式は、右辺=左辺
の関係となるので、5方程式にしかならない。)、ま
だ、パラメータの値、すなわち解を得ることができな
い。
Considering the transformation matrices of the equations (21) and (22), there are six equations and five equations (one equation has a relationship of right side = left side, so there are only five equations). , That is, the solution cannot be obtained.

【0151】ここで、さらに、絶対座標系X0Y0Z
0、上顎座標系XuYuZu、および下顎座標系XbY
bZbにおいて、Yu//Yb//Y0と、y座標が互
いに平行であると仮定する。
Here, the absolute coordinate system X0Y0Z
0, upper jaw coordinate system XuYuZu, and lower jaw coordinate system XbY
In bZb, it is assumed that Yu // Yb // Y0 and the y coordinate are parallel to each other.

【0152】この仮定により、(4)式および(21)
式で、yu0//yu、m1u=m3u=0、m2u=
1、θu=0゜となり、(5)式および(22)式で、
yb0//yb、m1b=m3b=0、m2b=1、θ
b=0゜となるので、(21)式、(22)式は、それ
ぞれ、以下に示す(23)式、(24)式となって、
(6)式〜(11)式に示した変換行列は、5変数、5
方程式となり、それぞれ5個のパラメータである変数
(φu,l2u,l3u,n2u,n3u)と(φb,
l2b,l3b,n2b,n3b)を全て求めることが
できる。
By this assumption, equation (4) and (21)
In the equation, yu0 // yu, m1u = m3u = 0, m2u =
1, θu = 0 °, and in Expressions (5) and (22),
yb0 // yb, m1b = m3b = 0, m2b = 1, θ
Since b = 0, Equations (21) and (22) become Equations (23) and (24) shown below, respectively.
The transformation matrices shown in the equations (6) to (11) have 5 variables, 5
It becomes an equation, and variables (φu, l2u, l3u, n2u, n3u) and (φb,
l2b, l3b, n2b, n3b) can all be obtained.

【0153】[0153]

【数5】 (Equation 5)

【0154】[0154]

【数6】 (Equation 6)

【0155】上述した(23)式、(24)式から、磁
気マーカ16a、16bの位置および方向が求められた
ときには、上顎22および下顎24の任意の位置の絶対
座標系からの座標を求めることが可能となる。
When the positions and directions of the magnetic markers 16a and 16b are obtained from the above-described equations (23) and (24), the coordinates of the arbitrary positions of the upper jaw 22 and the lower jaw 24 from the absolute coordinate system are obtained. Becomes possible.

【0156】ここで、ステップS7では、上顎22に対
する下顎24の相対的運動を、次の(25)式により求
める。
Here, in step S7, the relative movement of the lower jaw 24 with respect to the upper jaw 22 is determined by the following equation (25).

【0157】[0157]

【数7】 (Equation 7)

【0158】この相対的運動を、ステップ10では、顎
部の動きとしてディスプレイ52上の画像に変換して表
示させることができる。すなわち、額32の磁気マーカ
16aに移動が発生していても、それが画面上では固定
点となるように処理し、かつ顎運動に伴う磁気マーカ1
6bの位置の移動とともに、ステップS5bで登録して
ある複数の特徴点の位置を読み出して同時に移動させて
表示させることができる。
In step 10, the relative movement can be converted into an image on the display 52 and displayed as a movement of the jaw. That is, even if the magnetic marker 16a of the forehead 32 is moved, the magnetic marker 16a is processed so as to be a fixed point on the screen, and the magnetic marker 1a accompanying the jaw movement is moved.
Along with the movement of the position 6b, the positions of a plurality of feature points registered in step S5b can be read out, moved simultaneously, and displayed.

【0159】この顎部の動きは、ハードディスクあるい
はデジタルビデオディスク等に記録することが可能であ
るので、何回でも再生することが可能となり、また、ス
ロー再生、スチル再生、高速再生も可能となることか
ら、さまざまな視点から顎運動を診断することが可能と
なる。
Since the movement of the jaw can be recorded on a hard disk or a digital video disk, it can be reproduced any number of times, and slow reproduction, still reproduction, and high-speed reproduction can also be performed. Therefore, it is possible to diagnose jaw movement from various viewpoints.

【0160】なお、被測定者14が複雑な動きの顎運動
を行う場合であって、Yu//Yb//Y0が仮定でき
ないときには、図9に示すように、下顎歯につけている
磁気マーカ16bを磁気マーカ16bと磁気マーカ16
cの2つとし、それぞれ、下顎歯列中、たとえば、左右
の犬歯の歯冠部近傍に付ければ、3次元6自由度で顎運
動のパラメータを算出することができる。
When the subject 14 performs a jaw movement with a complicated movement and Yu // Yb // Y0 cannot be assumed, as shown in FIG. 9, the magnetic marker 16b attached to the lower jaw teeth is used. With the magnetic marker 16b and the magnetic marker 16
c, the parameters of the jaw movement can be calculated with three-dimensional six degrees of freedom by respectively attaching them to the lower dentition, for example, near the crown of the left and right canines.

【0161】このように上述した実施の形態によれば、
相対的に運動する少なくとも2つの物体の例である上顎
22と下顎24に対して、それぞれ少なくとも1つの磁
気マーカ16a、16bを配置し(装着し)、各磁気マ
ーカ16a、16bの磁界をこれらに対向して配置した
磁界センサアレイ18構成の磁界センサ20iにより非
接触で検出する。次に、磁界センサ20iにより検出し
た磁界から各磁気マーカ16a、16bの位置および方
向を求め、求めた各磁気マーカ16a、16bの位置お
よび方向と、上顎22および下顎24の形状に基づき、
上顎22および下顎24の3次元的な位置を算出するよ
うにしている。この場合、磁気マーカ16a、16b
は、比較的小さく軽く、かつ配線の必要がなく、さらに
は口腔内など遮蔽された空間でも使用が可能なため、被
測定者14に対しては、ほとんど不自由なく、より自然
な状態での運動を測定することが可能である。
As described above, according to the above-described embodiment,
At least one magnetic marker 16a, 16b is disposed (mounted) on each of the upper jaw 22 and the lower jaw 24, which are examples of at least two objects that move relatively, and the magnetic field of each magnetic marker 16a, 16b is applied to them. Non-contact detection is performed by the magnetic field sensors 20i having the magnetic field sensor array 18 arranged to face each other. Next, the positions and directions of the magnetic markers 16a and 16b are determined from the magnetic field detected by the magnetic field sensor 20i, and based on the positions and directions of the determined magnetic markers 16a and 16b and the shapes of the upper jaw 22 and the lower jaw 24,
The three-dimensional positions of the upper jaw 22 and the lower jaw 24 are calculated. In this case, the magnetic markers 16a, 16b
Is relatively small and light, requires no wiring, and can be used in a shielded space such as the oral cavity. It is possible to measure movement.

【0162】また、磁界センサ20iは、CCDカメラ
に比較して廉価であるので、大幅に廉価な3次元運動測
定装置を提供することができる。さらに、図2に示すよ
うに、被測定者14の視界をできるだけ妨げないように
設計されているため、被測定者14に圧迫感を感じさせ
ず、その点においても被測定者14に優しい測定装置で
あるということができる。
Since the magnetic field sensor 20i is less expensive than a CCD camera, it is possible to provide a significantly less expensive three-dimensional motion measuring device. Further, as shown in FIG. 2, since the measurement is designed so as not to obstruct the field of view of the subject 14 as much as possible, the subject 14 does not feel a feeling of oppression, and in that respect, the measurement is gentle to the subject 14. It can be said that it is a device.

【0163】また、上述した実施の形態によれば、顎運
動を測定中において、磁界センサ20iによる測定領域
(磁界検出領域)内の磁気マーカ16の数は2個として
いる。一般に、磁界検出領域内の磁界の数が少ないほど
位置検出精度が高まるので、2個のみの磁気マーカ16
a、16bを測定するようにした上述の実施の形態によ
れば、きわめて高精度に磁気マーカ16a、16bの位
置を検出することができる。なお、上顎22中、額32
に配置している磁気マーカー16bは、上顎22に対す
る下顎24(磁気マーカ16b)の運動を測定するため
に(下顎24の純粋な運動を抽出するために)用いてい
る。したがって、顎運動中に、上顎22が少々移動して
も、その移動を除去することができる。
According to the above-described embodiment, the number of magnetic markers 16 in the measurement area (magnetic field detection area) by magnetic field sensor 20i during measurement of jaw movement is two. Generally, the smaller the number of magnetic fields in the magnetic field detection area, the higher the position detection accuracy.
According to the above-described embodiment in which a and 16b are measured, the positions of the magnetic markers 16a and 16b can be detected with extremely high accuracy. In addition, in the upper jaw 22, forehead 32
Are used to measure the movement of the lower jaw 24 (magnetic marker 16b) relative to the upper jaw 22 (to extract the pure movement of the lower jaw 24). Therefore, even if the upper jaw 22 slightly moves during the jaw movement, the movement can be eliminated.

【0164】さらに、上述した実施の形態によれば、測
定者あるいは被測定者14が手に持って移動自由な磁気
マーカ72付きポインタ70を準備し、ポインタ70中
の磁気マーカ72が、物体である被測定者14の表面で
ある上記第2大臼歯Tm等に接触したときに、接触信号
出力手段として機能するマウス56等をクリックして接
触したことを知らせる信号を信号処理手段としてのパー
ソナルコンピュータ26の本体部50に出力する。この
とき、本体部50は、磁界センサ20iにより検出した
磁界から磁気マーカ70の位置を求めることで、前記物
体の任意の部位の3次元的位置を算出することができ
る。すなわち、下顎22の運動を立体として認識するこ
とができる。このように顎形状の特徴点を固定的な磁気
マーカ16bに対して相対的な位置として登録しておく
ことで、磁気マーカ16bの運動を検出したとき、登録
してあった顎形状の特徴点を読み出して、同時に3次元
表示することで、顎運動を正確かつ容易に診断すること
ができる。
Furthermore, according to the above-described embodiment, the pointer 70 with the magnetic marker 72 that the measurer or the person 14 can freely move while holding it is prepared, and the magnetic marker 72 in the pointer 70 is an object. When a user touches the second molar teeth Tm or the like on the surface of a certain subject 14 by clicking on the mouse 56 or the like functioning as a contact signal output means, a personal computer as a signal processing means outputs a signal indicating that the contact has been made. 26 to the main unit 50. At this time, the main body unit 50 can calculate the three-dimensional position of an arbitrary part of the object by obtaining the position of the magnetic marker 70 from the magnetic field detected by the magnetic field sensor 20i. That is, the movement of the lower jaw 22 can be recognized as a three-dimensional object. By registering the characteristic point of the jaw shape as a position relative to the fixed magnetic marker 16b in this way, when the movement of the magnetic marker 16b is detected, the characteristic point of the registered jaw shape is registered. Is read out and displayed three-dimensionally at the same time, whereby the jaw movement can be diagnosed accurately and easily.

【0165】なお、接触信号出力手段としては、マウス
56に代替して、ポインタ70にスイッチ(不図示)を
設け、磁気マーカ70が物体の表面に押しつけられたと
きの押圧力に応じて該スイッチがオン状態となるように
構成し、このオン状態において、赤外線信号をパーソナ
ルコンピュータ26の本体部50に取り付けられた赤外
線受信装置(不図示)に送るようにしても、磁気マーカ
70の接触位置を測定することができる。
As the contact signal output means, a switch (not shown) is provided for the pointer 70 instead of the mouse 56, and the switch is provided in accordance with the pressing force when the magnetic marker 70 is pressed against the surface of the object. Is turned on. In this on state, even if an infrared signal is sent to an infrared receiving device (not shown) attached to the main body 50 of the personal computer 26, the contact position of the magnetic marker 70 can be changed. Can be measured.

【0166】このような構成のポインタ70と磁界セン
サ20iおよび信号処理手段としてのパーソナルコンピ
ュータ26を使用することで、顎形状等の物体の表面の
形状を測定する3次元位置検出装置として、簡単な構成
で容易にかつ低コストで測定することができる。
By using the pointer 70 having such a configuration, the magnetic field sensor 20i, and the personal computer 26 as signal processing means, a simple three-dimensional position detecting device for measuring the surface shape of an object such as a jaw shape can be obtained. The measurement can be easily performed at a low cost with the configuration.

【0167】以下、この発明の種々の変形例について説
明する。
In the following, various modifications of the present invention will be described.

【0168】磁界センサ20として、1軸センサ、2軸
センサおよび3軸以上のセンサが考えられるが、1軸セ
ンサは磁気マーカ16の磁化方向の磁界強度の大きな成
分のみを集中して計測することができる利点を有する。
The magnetic field sensor 20 may be a one-axis sensor, a two-axis sensor, or a sensor having three or more axes. However, the one-axis sensor measures only a large component of the magnetic field strength in the magnetization direction of the magnetic marker 16 in a concentrated manner. Has the advantage that

【0169】2軸センサは、1軸センサに比較して低容
積化、低コスト化が図れるとともに、平面的に強い磁界
の部分を計測することで精度を向上させることができる
利点を有する。
The two-axis sensor has the advantages that the volume and cost can be reduced as compared with the one-axis sensor, and that the accuracy can be improved by measuring the portion of the magnetic field that is strong in a plane.

【0170】3軸センサは、単一のコアで3成分以上の
測定が可能であるため、センサ数を低減することがで
き、顎等剛体が複雑に動いても、3軸成分で計測すれば
いずれかの成分が大きくなるために精度を向上すること
ができる。
Since the three-axis sensor can measure three or more components with a single core, the number of sensors can be reduced, and even if a rigid body such as a jaw moves complicatedly, it can be measured with three-axis components. Accuracy can be improved because one of the components increases.

【0171】図2に示した配置形式と同様に、図10に
示すように、下顎24の下顎歯34と額32にそれぞれ
配置した磁気マーカ16a、16bと同じ高さで、その
着磁方向(磁化方向)Jの延長線上と磁界センサ20i
の測定方向(磁界検出方向)が一致するように並べる。
磁界強度は、磁化方向の延長線上が最も双極子磁場に近
く大きいためSN比が上がり、測定精度が向上する。
As in the arrangement shown in FIG. 2, as shown in FIG. 10, the magnetic markers 16a and 16b arranged on the lower jaw 34 and the forehead 32 of the lower jaw 24, respectively, have the same height as the magnetic markers 16a and 16b. Magnetization direction) on extension of J and magnetic field sensor 20i
Are arranged so that the measurement directions (magnetic field detection directions) coincide with each other.
Since the magnetic field strength is closest to the dipole magnetic field on the extension of the magnetization direction, the SN ratio increases, and the measurement accuracy improves.

【0172】なお、磁界センサ20iは、一直線上に並
べてもよいが、図10(図2も同様)に示しているよう
に、顔面の形状に近い曲面に沿ってずらして配置するこ
とで、磁界センサ20i間の相互作用を抑制できるとと
もに、磁気マーカ16に対して磁界センサ20iを近づ
けることができるため精度が向上する。また、磁界セン
サ20iは、上下それぞれ一列としているが、二列以上
にすることにより、最尤度法の精度がより向上する。な
お、二列以上にしてもよいことは図11以降を参照する
以下の説明に対しても適用できる。
The magnetic field sensors 20i may be arranged on a straight line. However, as shown in FIG. 10 (similarly in FIG. 2), the magnetic field sensors 20i are arranged so as to be shifted along a curved surface close to the shape of the face, so that the magnetic field sensor 20i is displaced. Since the interaction between the sensors 20i can be suppressed, and the magnetic field sensor 20i can be brought closer to the magnetic marker 16, the accuracy is improved. In addition, although the magnetic field sensors 20i are arranged in one row each in the upper and lower rows, the accuracy of the maximum likelihood method is further improved by providing two or more rows. It should be noted that the fact that two or more rows may be applied is also applicable to the following description with reference to FIG.

【0173】また、磁気マーカ16bは歯の裏側(舌
側)に付ける(接着する)こともできる。過蓋咬合など
で下顎切歯の表側(唇側)に磁気マーカ16を接着でき
ない場合もあるため、そのような被測定者14によって
は、磁気マーカ16bを歯の裏側に付けることで、自然
に顎運動を行うことができるようになり、非常に大きな
利点である。
The magnetic marker 16b can be attached (adhered) to the back side (lingual side) of the tooth. In some cases, the magnetic marker 16 cannot be adhered to the front side (labial side) of the lower incisor due to over-occlusion or the like. The ability to perform jaw movements is a huge advantage.

【0174】図11に示すように、下顎歯34に配置し
た磁気マーカ16bに対して、磁界センサ20iを上下
方向に並べることもできる。このようにすれば、磁気マ
ーカ16bが上下運動しても、磁気マーカ16bの磁化
方向J成分の磁界を上下方向に並べた磁界センサ20i
により、大きな磁界強度として測定することが可能であ
り測定精度が向上する。
As shown in FIG. 11, the magnetic field sensors 20i can be arranged vertically with respect to the magnetic markers 16b arranged on the lower teeth 34. In this way, even if the magnetic marker 16b moves up and down, the magnetic field sensor 20i in which the magnetic field of the magnetization direction J component of the magnetic marker 16b is arranged vertically.
Thereby, it is possible to measure as a large magnetic field strength, and the measurement accuracy is improved.

【0175】この場合、図12に示すように、磁気マー
カ16bに対して、顔の正面では前後成分の磁界を測れ
るように磁界センサ20iを、顔の側面では左右方向の
2次元的な磁界を測れるように2列の磁界センサ20i
を並べるようにしてもよい。
In this case, as shown in FIG. 12, a magnetic field sensor 20i is applied to the magnetic marker 16b so as to measure the magnetic field of the front and rear components in front of the face, and a two-dimensional magnetic field in the lateral direction is applied to the side of the face. Two rows of magnetic field sensors 20i to be measured
May be arranged.

【0176】また、図13に示すように、磁気マーカ1
6bに対して、上下左右に顔面に沿って3軸の磁界セン
サ20iを並べることで、下顎24(磁気マーカ16
b)の動きが複雑であっても、いずれかの成分は強い磁
界として検出することができるため、測定精度が向上す
る。
Further, as shown in FIG.
By arranging the three-axis magnetic field sensors 20i along the face vertically and horizontally with respect to the lower jaw 24 (the magnetic marker 16)
Even if the movement in b) is complicated, any of the components can be detected as a strong magnetic field, so that the measurement accuracy is improved.

【0177】さらに、図14に示すように、磁気マーカ
16a、16bの磁化方向Jを顔の左右方向に配置し、
これに対応して、左右方向に磁界検出方向を有する磁界
センサ20iを磁気マーカ16a、16bの左右(顔の
左右)側に配置することで、顔の正面が空くので、測定
者は被測定者14の顎の動きをより容易に観察すること
ができる。また、磁界センサ20iでは、磁化方向Jの
磁界を検出することができるので、測定精度が向上す
る。
Further, as shown in FIG. 14, the magnetization directions J of the magnetic markers 16a and 16b are arranged in the left and right direction of the face,
Correspondingly, by arranging the magnetic field sensor 20i having the magnetic field detection direction in the left and right direction on the left and right sides (left and right sides of the face) of the magnetic markers 16a and 16b, the front of the face becomes empty. The movement of the fourteen jaws can be more easily observed. Further, since the magnetic field sensor 20i can detect the magnetic field in the magnetization direction J, the measurement accuracy is improved.

【0178】さらにまた、図15に示すように、磁気マ
ーカ16a、16bの磁化方向Jを上下方向とした場
合、磁気マーカ16aに対して磁界検出方向を合わせた
磁界センサ20iを磁気マーカ16aの上部側に配置
し、磁気マーカ16bに対して磁界検出方向を合わせた
磁界センサ20iを下顎24の形状に沿って配置するこ
とにより、磁化方向Jの磁界を検出して測定精度が向上
するとともに顔の正面、側面が空くので、測定者は被測
定者14の顔の動きをより容易に観察することができ
る。
Further, as shown in FIG. 15, when the magnetization directions J of the magnetic markers 16a and 16b are set in the vertical direction, a magnetic field sensor 20i whose magnetic field detection direction is aligned with the magnetic marker 16a is located above the magnetic marker 16a. By arranging the magnetic field sensor 20i arranged along the shape of the lower jaw 24 with the magnetic field detection direction aligned with the magnetic marker 16b along the shape of the lower jaw 24, the magnetic field in the magnetization direction J is detected, and the measurement accuracy is improved. Since the front and side surfaces are empty, the measurer can more easily observe the movement of the face of the subject 14.

【0179】なお、磁気マーカ16が磁化方向Jを回転
軸として回転しないため、言い換えれば、磁化方向Jの
回転方向と顎運動の回転方向が不一致であるので、実質
的に6自由度の測定となる。
Since the magnetic marker 16 does not rotate with the magnetization direction J as the rotation axis, in other words, since the rotation direction of the magnetization direction J and the rotation direction of the jaw motion do not match, the measurement with substantially six degrees of freedom is required. Become.

【0180】図16に示すように、磁気マーカ16の配
置組み合わせは、上述した図1例の磁界センサ16aと
16bのみの組み合わせ(記号(16a,16b)で表
す。)に限らず、磁界センサ16bと磁界センサ16g
(上顎歯中、向かって左側の最後臼歯)のみ(磁界セン
サ16aは取り外しているの意味。)の組み合わせ(1
6b,16g)とすることもできる。この組み合わせ
(16b,16g)(16bと16hのみの組み合わせ
も同じ。)では、上下顎の硬組織に固定でき、かつ下顎
では、最も運動量の多い位置に磁気マーカ16bを固定
するので、その分、顎運動の測定精度が向上する。
As shown in FIG. 16, the arrangement combination of the magnetic markers 16 is not limited to the combination of only the magnetic field sensors 16a and 16b (represented by symbols (16a, 16b)) in the example of FIG. And magnetic field sensor 16g
Combination of only (the last molar on the left side in the upper jaw) (meaning that the magnetic field sensor 16a is removed)
6b, 16g). In this combination (16b, 16g) (the same is true for the combination of only 16b and 16h), the magnetic marker 16b can be fixed to the hard tissue of the upper and lower jaws, and the lower jaw fixes the magnetic marker 16b at the position with the largest amount of momentum. Jaw movement measurement accuracy is improved.

【0181】また、磁気マーカ16dと磁気マーカ16
hのみの組み合わせ(16d,16h)のように、上顎
22と下顎24のそれぞれ反対側の最後臼歯に固定した
場合、硬組織である歯列中では、最大離れた位置となる
ので、測定精度が向上する。
The magnetic markers 16d and 16d
In the case of fixing to the last molars on the opposite sides of the upper jaw 22 and the lower jaw 24 as in the combination of only h (16d, 16h), the position becomes maximum apart in the dentition which is a hard tissue, so that the measurement accuracy is low. improves.

【0182】なお、両方とも硬組織でかつ変位を大きく
して精度を向上させたい場合には、磁気マーカ16fと
磁気マーカ16bのみの組み合わせ(16f,16b)
のように、上下顎22、24の近接した位置に配置す
る。この場合には、磁気マーカ16f、16b同士の磁
界の相互作用が小さくなるように、磁化方向Jが、例え
ば、互いに直角(一方の磁気マーカ16fの磁化方向J
が上下方向であれば、他方の磁気マーカ16bの磁化方
向bが左右方向を向く配置)になるようにする。なお、
実際上、下顎24に配置される磁気マーカ16bの磁化
方向Jは、上下方向にしないことが望ましい場合が多
い。回転運動と磁化方向Jとが同方向になる場合には、
回転角の検出精度が落ちるからである。
When both are hard tissues and it is desired to increase the displacement and improve the accuracy, a combination of only the magnetic marker 16f and the magnetic marker 16b (16f, 16b)
As shown in FIG. In this case, the magnetization directions J are, for example, perpendicular to each other (the magnetization directions J of one magnetic marker 16f) so that the magnetic field interaction between the magnetic markers 16f and 16b is reduced.
Is the vertical direction, the magnetization direction b of the other magnetic marker 16b is oriented in the horizontal direction. In addition,
In practice, it is often desirable that the magnetization direction J of the magnetic marker 16b disposed on the lower jaw 24 does not go up and down. When the rotational motion and the magnetization direction J are the same,
This is because the detection accuracy of the rotation angle decreases.

【0183】この実施の形態に係る3次元顎運動測定シ
ステム10は、顎関節を介して相対的に運動する剛体で
ある上顎22と下顎24の運動、いわゆる顎運動の測定
システムであるが、この発明は、一般的には、相対的に
運動する少なくとも2つの物体に対して適用することが
できる。
The three-dimensional jaw movement measuring system 10 according to this embodiment is a system for measuring the movement of the upper jaw 22 and the lower jaw 24 which are rigid bodies relatively moving via the jaw joint, so-called jaw movement. The invention is generally applicable to at least two objects that move relatively.

【0184】たとえば、人体中、顎関節を介する下顎の
上顎に対する相対的運動、肘関節を介する前腕の上腕に
対する相対的運動、膝関節を介する下腿の大腿に対する
相対的運動等に適用することが可能である。
For example, the present invention can be applied to the relative motion of the lower jaw relative to the upper jaw via the temporomandibular joint, the relative motion of the lower arm relative to the upper arm of the forearm via the elbow joint, and the relative motion of the lower leg relative to the thigh via the knee joint. It is.

【0185】この場合、磁気マーカ16は、図17〜図
19に示すように、支点110に対して角度α内で動
く、2つの物体111、112が存在するとき、磁化方
向jが互いに略平行(図17:磁気マーカ16jと磁気
マーカ16k)あるいは互いに略直角(図18:磁気マ
ーカ16jと磁気マーカ16l)となるように配置する
ことで各磁気マーカ16の磁界の相互作用が小さくな
り、図示していない磁界センサでの測定精度が向上す
る。図19の磁気マーカ16mと磁気マーカ16nの磁
化方向Jに示すように、磁化方向Jが、一直線になる配
置は好ましくない。
In this case, as shown in FIG. 17 to FIG. 19, when there are two objects 111 and 112 which move within the angle α with respect to the fulcrum 110, the magnetization directions j are substantially parallel to each other. (FIG. 17: Magnetic marker 16j and magnetic marker 16k) or by being arranged so as to be substantially perpendicular to each other (FIG. 18: Magnetic marker 16j and magnetic marker 16l), the interaction of the magnetic field of each magnetic marker 16 is reduced. The measurement accuracy with a magnetic field sensor not shown is improved. As shown in the magnetization direction J of the magnetic marker 16m and the magnetic marker 16n in FIG. 19, it is not preferable that the magnetization direction J is aligned.

【0186】すなわち、複数磁気マーカ16は、平行あ
るいは直角あるいはねじれの位置(同一平面にはない位
置)に配置することが、磁界の相互作用を軽減すること
が可能となり、好ましい。
That is, it is preferable to arrange the plurality of magnetic markers 16 in parallel, perpendicular, or twisted positions (positions that are not on the same plane), because it is possible to reduce the interaction of magnetic fields.

【0187】なお、磁界センサ20iの配置は、図10
〜図15を参照して説明した配置が好ましく、この図1
7および図18例に対して同様に適用することができる
ので、その説明は省略する。
The arrangement of the magnetic field sensor 20i is shown in FIG.
The arrangement described with reference to FIGS.
7 and FIG. 18 can be applied in the same manner, and the description is omitted.

【0188】さらに、3つ以上の物体に対する相対運動
の測定も可能で、それぞれ磁気マーカが配置される胸部
に対する肩関節、肘関節を介した上腕および前腕の相対
運動や、腹部に対する股関節、膝関節を介した大腿およ
び下腿の相対運動等にも適用することが可能である。
Further, the relative movement with respect to three or more objects can be measured. The relative movement of the upper arm and the forearm via the shoulder joint and the elbow joint with respect to the chest where the magnetic markers are arranged, and the hip joint and the knee joint with respect to the abdomen. It can be applied to the relative movement of the thigh and the lower leg via the.

【0189】図20に示すように、上述の実施の形態に
おいて、最尤度法を用いてパラメータを求める際に、磁
気マーカ16および磁界センサ20iは、それぞれ理想
の(無限小として考えた)ダイポール磁界および磁界セ
ンサと仮定している。すなわち、磁気マーカ16および
磁界センサ20iは、それぞれなるべく微小なものを用
いることが好ましい。
As shown in FIG. 20, in the above-described embodiment, when the parameters are obtained by using the maximum likelihood method, the magnetic marker 16 and the magnetic field sensor 20i are each set to the ideal (infinitely small) dipole. Assume a magnetic field and a magnetic field sensor. That is, it is preferable to use as small as possible the magnetic marker 16 and the magnetic field sensor 20i.

【0190】この場合、磁束線120を発生する磁界セ
ンサ16の磁気モーメントをベクトルM、磁界センサ2
0i(測定点)での計算磁界をベクトルBで表す。この
とき、上記(3−2)式で説明したように、計算磁界B
に関し、それぞれ図20中、点で示す磁気マーカ16と
磁界センサ20iとの間のベクトルをrとすると、次の
(26)式の関係が成立する。
In this case, the magnetic moment of the magnetic field sensor 16 for generating the magnetic flux line 120 is represented by the vector M and the magnetic field sensor 2
The calculated magnetic field at 0i (measurement point) is represented by vector B. At this time, as described in the above equation (3-2), the calculated magnetic field B
Assuming that a vector between the magnetic marker 16 indicated by a point and the magnetic field sensor 20i in FIG. 20 is r, the following equation (26) holds.

【0191】 B=(1/4π){−(M/r3)+3(M・r)r/r5} …(26) ただし、式中、「r3」と「r5」は、スカラ量、「・」
は、ベクトルの内積を表す。
B = (1 / π) {− (M / r 3 ) +3 (M · r) r / r 5 } (26) where “r 3 ” and “r 5 ” are scalar amount,"·"
Represents the inner product of the vectors.

【0192】しかし、測定しようとする物体等との関係
において、磁気マーカ16および磁界センサ20iが有
限の大きさを持つ場合でも、以下に示す第1または第2
の方式により、最尤度法を用いてパラメータを算出する
ことができる。
However, even in the case where the magnetic marker 16 and the magnetic field sensor 20i have a finite size in relation to the object or the like to be measured, the first or second
According to the method described above, parameters can be calculated using the maximum likelihood method.

【0193】第1の方式(実測値テーブルを用いる方
式) 図21に示すように、有限の擬似ダイポール磁界を有
し、磁束線121を発生する磁気マーカ16xと有限の
大きさの磁界センサ20xである場合に、実測した校正
テーブル122(図23参照)に示すように、磁気マー
カ16xから既知の座標位置(ベクトルr(x),偏角θ
(x),偏角φ(x))における磁界センサ20x(x=1,
2…i)の各位置で、図22に示すように磁界Bm(x)
を予め測定する。
First Method (Method Using Actual Measurement Value Table) As shown in FIG. 21, a magnetic marker 16x having a finite pseudo dipole magnetic field, generating a magnetic flux line 121, and a finite magnetic field sensor 20x are used. In some cases, as shown in an actually measured calibration table 122 (see FIG. 23), a known coordinate position (vector r (x) , declination θ
(x), the magnetic field sensor 20x in deflection angle φ (x)) (x = 1,
At each position of 2... I), a magnetic field Bm (x) as shown in FIG.
Is measured in advance.

【0194】このようにして、磁気マーカ16xと各磁
界センサ20x間の相対位置である座標(r(x)
θ(x),φ(x))に対する各磁界センサ20xにより実測
した測定磁界B(x)の相互関係である図22に示す校
正テーブル122を求めて登録(記憶)しておく。最尤
度法のパラメータを計算する際に、ルックアップテーブ
ルであるこの校正テーブル122を参照することにより
複数の磁気マーカ16xのパラメータを高精度で求める
ことができる。なお、3次元運動の測定中に測定した測
定磁界Bmのデータが校正テーブル122に存在しない
データである場合には、測定磁界Bmの値に近い校正テ
ーブル122中の複数の測定磁界の補間処理により、座
標を求めることができる。
In this manner, the coordinates (r (x) , which are the relative positions between the magnetic marker 16x and each magnetic field sensor 20x,
θ (x) , φ (x) ) is obtained and registered (stored) in a calibration table 122 shown in FIG. 22, which is a correlation between the measured magnetic field B (x) measured by each magnetic field sensor 20x. When calculating the parameters of the maximum likelihood method, the parameters of the plurality of magnetic markers 16x can be obtained with high accuracy by referring to the calibration table 122 which is a lookup table. If the data of the measurement magnetic field Bm measured during the measurement of the three-dimensional motion is data that does not exist in the calibration table 122, the data is interpolated by a plurality of measurement magnetic fields in the calibration table 122 that are close to the value of the measurement magnetic field Bm. , Coordinates can be obtained.

【0195】第2の方式(離散化手法を用いる方式) この場合、図21において、体積Vを有する磁界センサ
20xについて、計算磁界Bc(i)を考えると、この計
算磁界Bc(i)の理論値は、次の(27)式で得られ
る。
[0195] The second method (method using a discretization technique) In this case, in FIG. 21, the magnetic field sensor 20x having a volume V, given the calculated magnetic field Bc (i), the theory of this calculation field Bc (i) The value is obtained by the following equation (27).

【0196】 Bc(i)=(∫sB(i)dv)/V …(27) ここで、「∫s」は、体積Vについての積分を意味して
いる。
Bc (i) = (∫ s B (i) dv) / V (27) Here, “∫ s ” means integral with respect to the volume V.

【0197】この(27)式をマクスウエル方程式によ
り有限要素法等の離散化手法で解くことにより、座標
(r(x),θ(x),φ(x))と計算磁界Bc(i)の理論値と
の対応関係である図24に示す磁界理論値テーブル12
4が得られる。この磁界理論値テーブル124をルック
アップテーブルとして最尤度法計算の際に用いれば、複
数磁気マーカ16xのパラメータを高精度に求めること
が可能となる。この場合にも、補間処理を用いることが
できる。
By solving this equation (27) by a discrete method such as the finite element method using the Maxwell equation, the coordinates (r (x) , θ (x) , φ (x) ) and the calculation magnetic field Bc (i) can be calculated. The magnetic field theoretical value table 12 shown in FIG.
4 is obtained. If this magnetic field theoretical value table 124 is used as a lookup table in the calculation of the maximum likelihood method, the parameters of the plurality of magnetic markers 16x can be obtained with high accuracy. Also in this case, interpolation processing can be used.

【0198】なお、この発明は、上述の実施の形態に限
らず、この発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成
を採り得ることはもちろんである。
It is to be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, but can adopt various configurations without departing from the gist of the present invention.

【0199】[0199]

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、相対運動する少なくとも2つの物体に磁気マーカを
配置し、物体の動きに伴う磁気マーカの磁界の変化を非
接触の磁界センサにより測定することで、被測定者ある
いは被測定物に対して少ない負担で、その物体の運動を
より自然な状態で測定することができるという効果が達
成される。
As described above, according to the present invention, a magnetic marker is arranged on at least two objects that move relative to each other, and a change in the magnetic field of the magnetic marker accompanying the movement of the object is measured by a non-contact magnetic field sensor. By doing so, the effect of being able to measure the motion of the object in a more natural state with a small burden on the person to be measured or the object to be measured is achieved.

【0200】また、この発明によれば、従来技術のよう
に、CCDカメラを利用する必要がないので、装置自体
の低コスト化が可能である。
According to the present invention, unlike the prior art, there is no need to use a CCD camera, so that the cost of the apparatus itself can be reduced.

【0201】さらに、この発明では、被測定者に対し
て、微小な磁気マーカが装着できればよいので、測定の
際の被測定者に対する負担が少ない。このため、この発
明は、たとえば顎運動の測定に適用して好適であり、顎
関節症、顎変形症、不正咬合等の診断および治療に有用
である。顎顔面領域ではその他、舌に複数の磁気マーカ
を配置することにより、舌運動を立体的に測定すること
も可能であり、嚥下障害、発音障害の診断および治療に
対しても応用可能である。
Further, according to the present invention, it is sufficient that a minute magnetic marker can be attached to the subject, so that the burden on the subject at the time of measurement is small. Therefore, the present invention is suitably applied to, for example, measurement of jaw movement, and is useful for diagnosis and treatment of temporomandibular disorders, jaw deformities, malocclusions, and the like. In the maxillofacial region, by arranging a plurality of magnetic markers on the tongue, it is also possible to measure tongue movement three-dimensionally, and it is also applicable to diagnosis and treatment of swallowing disorders and pronunciation disorders.

【0202】さらにまた、顎顔面領域に限らず、手指、
上肢、下肢等を構成する複数の物体が、複数の関節を介
し、複雑な運動をする部位においても、被測定者を自然
な状態で測定することが可能であり、たとえば機能的電
気刺激システムにも応用が可能である。
Furthermore, not limited to the maxillofacial area,
It is possible to measure a subject in a natural state even in a part where a plurality of objects constituting an upper limb, a lower limb, etc. make a complex movement through a plurality of joints. Is also applicable.

【0203】また、この発明によれば、移動自由な磁気
マーカ付きポインタと磁界センサと信号処理手段という
簡単な構成で物体の3次元的な位置を検出することがで
きる。
Further, according to the present invention, a three-dimensional position of an object can be detected with a simple configuration including a freely movable pointer with a magnetic marker, a magnetic field sensor, and signal processing means.

【0204】さらに、この発明によれば、予め、物体の
表面に固定された固定磁気マーカの位置を基準とし、該
基準位置からの相対位置で表現される物体表面上の任意
の点中、1以上の複数点をポインタによって検出し特徴
点として登録する。このポインタによる位置検出終了後
に、前記固定磁気マーカの物体の運動に伴う位置の移動
を検出したとき、前記特徴点を読み出することで、固定
磁気マーカの位置と特徴点の位置の3次元運動を同時に
立体的に測定することができる。
Further, according to the present invention, the position of the fixed magnetic marker fixed to the surface of the object is set as a reference, and one of the arbitrary points on the object surface expressed by the relative position from the reference position is set to 1 The above plurality of points are detected by a pointer and registered as feature points. After the position detection by the pointer is completed, when the movement of the position of the fixed magnetic marker accompanying the movement of the object is detected, the feature points are read out, so that the three-dimensional movement of the position of the fixed magnetic marker and the position of the feature point is obtained. It can be measured three-dimensionally at the same time.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の一実施の形態が適用された3次元運
動測定システムの模式的な構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a three-dimensional motion measurement system to which an embodiment of the present invention is applied.

【図2】額および下顎中切歯に配された磁気マーカと磁
界センサとの位置関係の斜視説明図である。
FIG. 2 is an explanatory perspective view of a positional relationship between a magnetic marker disposed on a forehead and a lower central incisor and a magnetic field sensor;

【図3】図1例の3次元運動測定システムの電気回路ブ
ロック図である。
FIG. 3 is an electric circuit block diagram of the three-dimensional motion measurement system of FIG. 1;

【図4】図1例の3次元運動測定システムの動作説明に
供されるフローチャートである。
FIG. 4 is a flowchart provided for describing the operation of the three-dimensional motion measurement system of the example of FIG. 1;

【図5】額および下顎中切歯に配された磁気マーカと磁
界センサとの位置関係の側面視説明図である。
FIG. 5 is a side view illustrating a positional relationship between a magnetic marker disposed on a forehead and a lower central incisor and a magnetic field sensor.

【図6】被測定者に対して測定用スタンドを配置した状
態を示す斜視説明図である。
FIG. 6 is an explanatory perspective view showing a state in which a measurement stand is arranged with respect to a subject;

【図7】磁気マーカの位置と方向角の関係説明図であ
る。
FIG. 7 is an explanatory diagram of a relationship between a position of a magnetic marker and a direction angle.

【図8】絶対座標と上下顎座標の関係説明図である。FIG. 8 is a diagram illustrating the relationship between absolute coordinates and upper and lower jaw coordinates.

【図9】6自由度を得るための3つの磁気マーカの配置
説明図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram of an arrangement of three magnetic markers for obtaining six degrees of freedom.

【図10】磁気マーカと磁界センサの配置例の説明図で
ある。
FIG. 10 is an explanatory diagram of an example of arrangement of a magnetic marker and a magnetic field sensor.

【図11】磁気マーカと磁界センサの他の配置例の説明
図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram of another arrangement example of a magnetic marker and a magnetic field sensor.

【図12】磁気マーカと磁界センサのさらに他の配置例
の説明図である。
FIG. 12 is an explanatory diagram of yet another arrangement example of a magnetic marker and a magnetic field sensor.

【図13】磁気マーカと磁界センサのさらに他の配置例
の説明図である。
FIG. 13 is an explanatory diagram of still another arrangement example of a magnetic marker and a magnetic field sensor.

【図14】磁気マーカと磁界センサのさらに他の配置例
の説明図である。
FIG. 14 is an explanatory diagram of still another arrangement example of a magnetic marker and a magnetic field sensor.

【図15】磁気マーカと磁界センサのさらに他の配置例
の説明図である。
FIG. 15 is an explanatory diagram of still another arrangement example of a magnetic marker and a magnetic field sensor.

【図16】磁気マーカの種々の配置例の説明図である。FIG. 16 is an explanatory diagram of various arrangement examples of a magnetic marker.

【図17】支点に対して相対移動する2つの物体上への
磁気マーカの配置例(平行)の説明図である。
FIG. 17 is an explanatory diagram of an example of arrangement (parallel) of a magnetic marker on two objects that move relatively to a fulcrum.

【図18】支点に対して相対移動する2つの物体上への
磁気マーカの他の配置例(互いに直角)の説明図であ
る。
FIG. 18 is an explanatory diagram of another arrangement example (perpendicular to each other) of a magnetic marker on two objects that move relative to a fulcrum.

【図19】相互に磁界が干渉してしまう磁気マーカの好
ましくない配置例の説明図である。
FIG. 19 is an explanatory diagram of an example of an undesirable arrangement of magnetic markers in which magnetic fields interfere with each other.

【図20】磁気マーカおよび磁界センサをそれぞれ理想
なものと仮定した場合の説明図である。
FIG. 20 is an explanatory diagram when it is assumed that a magnetic marker and a magnetic field sensor are ideal.

【図21】磁気マーカおよび磁界センサをそれぞれ有限
なものと仮定した場合の説明図である。
FIG. 21 is an explanatory diagram in the case where each of a magnetic marker and a magnetic field sensor is assumed to be finite.

【図22】有限なものと仮定した場合の校正テーブルを
作成する際の説明図である。
FIG. 22 is an explanatory diagram for creating a calibration table on the assumption that the calibration table is finite.

【図23】校正テーブルの説明図である。FIG. 23 is an explanatory diagram of a calibration table.

【図24】有限なものと仮定した場合の磁界理論値テー
ブルの説明図である。
FIG. 24 is an explanatory diagram of a magnetic field theoretical value table when it is assumed to be finite.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…3次元顎運動測定システム 16、16a、16b、72…磁気マーカ 18…磁界センサアレイ 20…磁
界センサ 22…上顎 24…下
顎 26…パーソナルコンピュータ 36…セ
ンサホルダ 38…測定用スタンド 40…支
柱 42…ベース 44…外
部磁界検出センサ 46…ラック 50…本
体部 52…ディスプレイ 53…顎
運動画像 54…キーボード 56…マ
ウス 60…プリンタ 62…A
D変換器 64…電源部 66…配
線 70…ポインタ 72…磁
気マーカ Tm…第2大臼歯 Ti…中
切歯 XuYuZu…上顎座標系 XbYb
Zb…下顎座標系 X0Y0Z0…絶対座標系
Reference Signs List 10 3D jaw movement measuring system 16, 16a, 16b, 72 Magnetic marker 18 Magnetic field sensor array 20 Magnetic field sensor 22 Upper jaw 24 Lower jaw 26 Personal computer 36 Sensor holder 38 Measurement stand 40 Column 42 ... Base 44 ... External magnetic field detection sensor 46 ... Rack 50 ... Main body 52 ... Display 53 ... Jaw movement image 54 ... Keyboard 56 ... Mouse 60 ... Printer 62 ... A
D converter 64 Power supply unit 66 Wiring 70 Pointer 72 Magnetic marker Tm Second molar Teeth Central incisor XuYuZu Upper jaw coordinate system XbYb
Zb: Lower jaw coordinate system X0Y0Z0: Absolute coordinate system

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 薮上 信 宮城県仙台市青葉区荒巻字青葉 亀岡住宅 (二)14−21 (72)発明者 三谷 英夫 宮城県仙台市青葉区角五郎1−3−5 (72)発明者 金高 弘恭 宮城県仙台市青葉区国見ヶ丘1−39−14 Fターム(参考) 2F063 AA04 BA29 BB08 BD15 DA01 DB06 DC08 GA01 KA01 LA19 2G017 AA03 AA09 BA15 BA18 2G053 AB01 CA05 CA06 CC01 DB04 DB14 4C052 AA20 NN01 NN16  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Shin Yabugami Aoba, Aoba-ku, Aoba-ku, Sendai-shi, Miyagi Prefecture Kameoka Residence (2) 14-21 (72) Inventor Hideo Mitani 1-3-3 Kadogoro, Aoba-ku, Sendai-shi, Miyagi -5 (72) Inventor Hiroyasu Kintaka 1-39-14 Kunimigaoka, Aoba-ku, Sendai, Miyagi Prefecture F-term (reference) 2F063 AA04 BA29 BB08 BD15 DA01 DB06 DC08 GA01 KA01 LA19 2G017 AA03 AA09 BA15 BA18 2G053 AB01 CA05 CA06 CC01 DB04 DB14 4C052 AA20 NN01 NN16

Claims (23)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】相対的に運動する少なくとも2つの物体に
対して、それぞれ少なくとも1つ配置される磁気マーカ
と、 前記物体に配置された各磁気マーカの磁界をそれぞれ6
自由度運動計測用として非接触で検出する磁界センサ
と、 前記磁界センサにより検出した磁界から前記各磁気マー
カの6自由度運動のパラメータを求め、求めたパラメー
タと、前記各物体の形状に基づき、一つの物体を基準と
する他の物体の相対的な運動を算出する信号処理手段と
を備えることを特徴とする3次元運動測定装置。
1. At least two magnetic markers disposed on at least two objects that move relatively to each other, and the magnetic field of each magnetic marker disposed on the object is set to 6
A magnetic field sensor for non-contact detection for measuring the degree of freedom motion, and a parameter of 6 degrees of freedom motion of each magnetic marker from the magnetic field detected by the magnetic field sensor, based on the obtained parameters and the shape of each object, A signal processing means for calculating a relative motion of another object with respect to one object as a reference.
【請求項2】請求項1記載の3次元運動測定装置におい
て、 前記磁界センサの成分の数は、磁気マーカの数の少なく
とも5倍の数とされていることを特徴とする3次元運動
測定装置。
2. The three-dimensional motion measuring apparatus according to claim 1, wherein the number of components of the magnetic field sensor is at least five times the number of magnetic markers. .
【請求項3】請求項1記載の3次元運動測定装置におい
て、 前記磁界センサは、個々の磁界センサが一体的にされた
磁界センサアレイとして構成されていることを特徴とす
る3次元運動測定装置。
3. The three-dimensional motion measuring apparatus according to claim 1, wherein the magnetic field sensor is configured as a magnetic field sensor array in which individual magnetic field sensors are integrated. .
【請求項4】請求項1記載の3次元運動測定装置におい
て、 前記磁界センサは、前記磁気マーカの磁化方向の磁界成
分を計測するように配置されることを特徴とする3次元
運動測定装置。
4. The three-dimensional motion measuring device according to claim 1, wherein the magnetic field sensor is arranged to measure a magnetic field component in a magnetization direction of the magnetic marker.
【請求項5】請求項1記載の3次元運動測定装置におい
て、 さらに、前記磁気マーカの磁界以外の外部磁界を検出す
る外部磁界検出センサを備え、 前記外部磁界検出センサは、前記各磁気マーカの磁界を
検出する磁界センサにより検出される前記外部磁界を相
殺するために利用されることを特徴とする3次元運動測
定装置。
5. The three-dimensional motion measuring device according to claim 1, further comprising: an external magnetic field detection sensor for detecting an external magnetic field other than the magnetic field of the magnetic marker; A three-dimensional motion measuring apparatus, which is used to cancel the external magnetic field detected by a magnetic field sensor that detects a magnetic field.
【請求項6】請求項1記載の3次元運動測定装置におい
て、 さらに、前記信号処理手段により算出された3次元的な
位置に基づき、前記少なくとも2つの物体の3次元運動
を表示する表示手段とを有することを特徴とする3次元
運動測定装置。
6. The three-dimensional motion measuring device according to claim 1, further comprising: display means for displaying a three-dimensional motion of the at least two objects based on the three-dimensional position calculated by the signal processing means. A three-dimensional motion measuring device, comprising:
【請求項7】請求項1記載の3次元運動測定装置におい
て、 さらに、任意に移動自由な磁気マーカを有し、 前記信号処理手段は、前記移動自由な磁気マーカが前記
物体の所望の部位に接触させられたとき、その接触させ
られた位置を検出することで、前記物体に配置されてい
る磁気マーカの位置を基準に物体の所望の部位の位置を
算出することを特徴とする3次元運動測定装置。
7. The three-dimensional motion measuring device according to claim 1, further comprising a magnetic marker arbitrarily movable, wherein the signal processing means is configured to move the magnetic marker to a desired portion of the object. Three-dimensional motion, wherein, when touched, a position of a desired part of the object is calculated based on a position of a magnetic marker disposed on the object by detecting the touched position. measuring device.
【請求項8】請求項1記載の3次元運動測定装置におい
て、 前記磁気マーカが配置される相対的に運動する少なくと
も2つの物体は、頭蓋中、上顎と一体的に運動する部分
と、下顎と一体的に運動する部分とであることを特徴と
する3次元運動測定装置。
8. The three-dimensional motion measuring device according to claim 1, wherein the at least two relatively moving objects on which the magnetic markers are arranged are a part of the skull that moves integrally with the upper jaw, and a lower jaw. A three-dimensional motion measuring device, which is a part that moves integrally.
【請求項9】請求項8記載の3次元運動測定装置におい
て、 前記上顎と一体的に運動する部分中、額に前記磁気マー
カが配置されるとともに、前記下顎と一体的に運動する
部分中、下顎歯に前記磁気マーカが配置されることを特
徴とする3次元運動測定装置。
9. The three-dimensional movement measuring device according to claim 8, wherein the magnetic marker is arranged on a forehead and moves integrally with the lower jaw in a part moving integrally with the upper jaw. A three-dimensional motion measuring device, wherein the magnetic marker is arranged on lower jaw teeth.
【請求項10】請求項8記載の3次元運動測定装置にお
いて、 前記上顎と一体的に運動する部分中、上顎歯に前記磁気
マーカが配置されるとともに、前記下顎と一体的に運動
する部分中、下顎歯に前記磁気マーカが配置されること
を特徴とする3次元運動測定装置。
10. The three-dimensional movement measuring apparatus according to claim 8, wherein the magnetic marker is arranged on an upper jaw and the part moves integrally with the lower jaw. A three-dimensional motion measuring device, wherein the magnetic marker is arranged on a lower jaw tooth.
【請求項11】請求項1記載の3次元運動測定装置にお
いて、 前記磁界センサは、配置された磁気マーカの周辺に近接
して配置される、1軸、2軸または3軸の磁界センサで
あることを特徴とする3次元運動測定装置。
11. The three-dimensional motion measuring device according to claim 1, wherein the magnetic field sensor is a one-axis, two-axis, or three-axis magnetic field sensor disposed close to a periphery of the disposed magnetic marker. A three-dimensional motion measuring device, characterized in that:
【請求項12】請求項1記載の3次元運動測定装置にお
いて、 前記信号処理手段は、前記磁界センサにより検出した前
記磁気マーカ周辺の磁界を理想のダイポール磁界とし、
最尤度法により前記パラメータを求めることを特徴とす
る3次元運動測定装置。
12. The three-dimensional motion measuring device according to claim 1, wherein the signal processing means sets a magnetic field around the magnetic marker detected by the magnetic field sensor as an ideal dipole magnetic field,
A three-dimensional motion measuring device, wherein the parameter is obtained by a maximum likelihood method.
【請求項13】請求項1記載の3次元運動測定装置にお
いて、 前記信号処理手段は、前記磁界センサにより検出した前
記磁気マーカ周辺の磁界が擬似ダイポール磁界でありか
つ磁界センサが有限寸法の磁界センサである場合、予
め、磁気マーカと各磁界センサ間の相対位置に対する各
磁界センサにより実測した磁界の相互関係を求めてお
き、前記相対位置と前記実測磁界との相互関係を用いて
最尤度法により前記パラメータを求めることを特徴とす
る3次元運動測定装置。
13. The three-dimensional motion measuring device according to claim 1, wherein said signal processing means is such that a magnetic field around said magnetic marker detected by said magnetic field sensor is a pseudo dipole magnetic field and said magnetic field sensor has a finite dimension. In the case of, the correlation between the magnetic field actually measured by each magnetic field sensor with respect to the relative position between the magnetic marker and each magnetic field sensor is obtained in advance, and the maximum likelihood method is used using the correlation between the relative position and the measured magnetic field The three-dimensional motion measuring device, wherein the parameter is obtained by:
【請求項14】請求項1記載の3次元運動測定装置にお
いて、 前記信号処理手段は、前記磁界センサにより検出した前
記磁気マーカ周辺の磁界が擬似ダイポール磁界でありか
つ磁界センサが有限寸法の磁界センサである場合、離散
化手法による磁界解析により磁界センサ位置での磁界の
理論値を求め、この理論値を用いて最尤度法により前記
パラメータを求めることを特徴とする3次元運動測定装
置。
14. The three-dimensional motion measuring device according to claim 1, wherein said signal processing means is such that a magnetic field around said magnetic marker detected by said magnetic field sensor is a pseudo dipole magnetic field and said magnetic field sensor has a finite dimension. Wherein a theoretical value of the magnetic field at the position of the magnetic field sensor is determined by a magnetic field analysis by a discretization method, and the parameter is determined by a maximum likelihood method using the theoretical value.
【請求項15】請求項1記載の3次元運動測定装置にお
いて、 前記磁気マーカが配置される相対的に運動する少なくと
も2つの物体は、人体中、手指、上肢、下肢等、各関節
を介して運動する部位であることを特徴とする3次元運
動測定装置。
15. The three-dimensional motion measuring apparatus according to claim 1, wherein the at least two relatively moving objects on which the magnetic markers are arranged are connected to each other through joints such as a human body, fingers, upper limbs, and lower limbs. A three-dimensional motion measuring device, characterized in that it is a moving part.
【請求項16】相対的に運動する少なくとも2つの物体
に対して、それぞれ少なくとも1つの磁気マーカを配置
する配置過程と、 前記物体に配置された各磁気マーカの磁界をそれぞれ6
自由度運動計測用として磁界センサにより非接触で検出
する検出過程と、 前記磁界センサにより検出した磁界から前記各磁気マー
カの6自由度運動のパラメータを求め、求めたパラメー
タと、前記各物体の形状に基づき、一つの物体を基準と
する他の物体の相対的な運動を算出する信号処理過程と
を有することを特徴とする3次元運動測定方法。
16. An arranging step of arranging at least one magnetic marker on at least two objects which move relatively, and changing a magnetic field of each magnetic marker arranged on the object by 6
A detection process for non-contact detection by a magnetic field sensor for measuring the degree of freedom motion; a parameter of 6 degrees of freedom motion of each magnetic marker from the magnetic field detected by the magnetic field sensor; a parameter obtained and a shape of each object; A signal processing step of calculating a relative movement of another object with respect to one object based on the method.
【請求項17】請求項16記載の3次元運動測定方法に
おいて、 さらに、外部磁界検出センサにより前記磁気マーカの磁
界以外の外部磁界を検出し、前記各磁気マーカの磁界を
非接触で検出する磁界センサで検出される前記外部磁界
を相殺する過程を有することを特徴とする3次元運動測
定方法。
17. The three-dimensional motion measuring method according to claim 16, further comprising detecting an external magnetic field other than the magnetic field of the magnetic marker by an external magnetic field detection sensor, and detecting the magnetic field of each of the magnetic markers in a non-contact manner. A method for measuring three-dimensional motion, comprising a step of canceling the external magnetic field detected by a sensor.
【請求項18】請求項16記載の3次元運動測定方法に
おいて、 さらに、前記信号処理過程により算出された3次元的な
位置に基づき、前記少なくとも2つの物体の3次元運動
を表示する過程を有することを特徴とする3次元運動測
定方法。
18. The three-dimensional motion measuring method according to claim 16, further comprising the step of displaying the three-dimensional motion of the at least two objects based on the three-dimensional position calculated in the signal processing step. A three-dimensional motion measuring method, characterized in that:
【請求項19】請求項16記載の3次元運動測定方法に
おいて、 前記相対的に運動する少なくとも2つの物体は、頭蓋
中、上顎と一体的に運動する部分と、下顎と一体的に運
動する部分とであることを特徴とする3次元運動測定方
法。
19. The three-dimensional movement measuring method according to claim 16, wherein the at least two relatively moving objects are a part of the skull that moves integrally with the upper jaw and a part that moves integrally with the lower jaw. And a three-dimensional motion measurement method.
【請求項20】磁気マーカを有する移動自由なポインタ
と、 前記ポインタが物体の表面に接触したときに、接触した
ことを知らせる信号を出力する接触信号出力手段と、 前記ポインタを構成する前記磁気マーカの磁界を非接触
で検出する磁界センサと、 前記磁界センサの出力を信号処理する信号処理手段とを
備え、 前記信号処理手段は、前記接触したことを知らせる信号
を検知したとき、前記磁界センサにより検出した磁界か
ら前記磁気マーカの位置を求めることで、前記ポインタ
の前記物体への接触位置を検出することを特徴とする3
次元位置検出装置。
20. A freely movable pointer having a magnetic marker; contact signal output means for outputting a signal indicating that the pointer has touched when the pointer touches the surface of an object; and the magnetic marker constituting the pointer A magnetic field sensor that detects the magnetic field of the magnetic field in a non-contact manner; and a signal processing unit that performs signal processing on an output of the magnetic field sensor. The position of the pointer touching the object is detected by obtaining the position of the magnetic marker from the detected magnetic field.
Dimensional position detection device.
【請求項21】請求項20記載の3次元位置検出装置に
おいて、 前記物体が、人体中、顎、手指、上肢、下肢等、各関節
を介して運動する部位であることを特徴とする3次元位
置検出装置。
21. The three-dimensional position detecting device according to claim 20, wherein the object is a part that moves through each joint, such as a human body, jaw, finger, upper limb, and lower limb. Position detection device.
【請求項22】物体の表面に固定された固定磁気マーカ
と、 前記物体の表面の位置を検出するために、前記物体の表
面を自由にポイントできる、磁気マーカを有する移動自
由なポインタと、 前記ポインタが物体の表面に接触したときに、接触した
ことを知らせる信号を出力する接触信号出力手段と、 前記固定磁気マーカと前記ポインタを構成する磁気マー
カの磁界を非接触で検出する磁界センサと、 前記磁界センサの出力を信号処理する信号処理手段とを
備え、 前記信号処理手段は、前記接触したことを知らせる信号
を検知したとき、前記磁界センサにより検出した磁界か
ら前記固定磁気マーカに対する前記ポインタを構成する
磁気マーカの相対位置を求めて予め前記物体の特徴点と
して登録し、前記ポインタが前記磁界センサの検出範囲
外の位置とされた後、前記物体の運動に従い運動する前
記固定磁気マーカの位置が前記磁界センサにより検出さ
れたとき、該検出された固定磁気マーカの位置と、この
位置からの相対的な位置として前記登録してある特徴点
を読み出して、前記物体の立体としての3次元運動を測
定することを特徴とする3次元運動測定装置。
22. A fixed magnetic marker fixed to a surface of an object, a movable pointer having a magnetic marker capable of freely pointing at the surface of the object to detect a position of the surface of the object, When the pointer contacts the surface of the object, a contact signal output unit that outputs a signal indicating that the pointer has touched, a magnetic field sensor that detects the magnetic field of the fixed magnetic marker and the magnetic marker of the pointer in a non-contact manner, Signal processing means for performing signal processing on the output of the magnetic field sensor, the signal processing means, when detecting a signal indicating that the contact, the pointer to the fixed magnetic marker from the magnetic field detected by the magnetic field sensor The relative positions of the constituent magnetic markers are obtained and registered in advance as feature points of the object, and the pointer is detected by the magnetic field sensor. When the position of the fixed magnetic marker that moves according to the movement of the object is detected by the magnetic field sensor after being set to the outside position, the position of the detected fixed magnetic marker and the relative position from this position are determined. A three-dimensional motion of the object as a three-dimensional object by reading the registered feature points.
【請求項23】請求項22記載の3次元運動測定におい
て、 前記物体が、人体中、顎、手指、上肢、下肢等、各関節
を介して運動する部位であることを特徴とする3次元運
動測定装置。
23. The three-dimensional motion measurement according to claim 22, wherein the object is a part that moves through each joint, such as a human body, jaw, finger, upper limb, and lower limb. measuring device.
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