JP2004008432A

JP2004008432A - 歯牙診断用超音波センサと超音波歯牙診断装置

Info

Publication number: JP2004008432A
Application number: JP2002165289A
Authority: JP
Inventors: Motohisa Onozawa; 小野沢　元久; Kenichi Tamura; 田村賢一
Original assignee: Nihon University
Current assignee: Nihon University
Priority date: 2002-06-06
Filing date: 2002-06-06
Publication date: 2004-01-15

Abstract

【課題】超音波を用いた歯牙診断装置と歯牙の診断に適した超音波センサを提供すること。
【解決手段】超音波センサ１は、チップ部１０、探触子２０、ボディ部３０からなり、チップ部１０は、探触子２０に着脱可能に取り付け、探触子２０は、ボディ部３０に固定してある。探触子２０の前方には、水１３、寒天１２を配置してある。探触子２０から送出された超音波ビームは、水１３、寒天１２を進み、矢印ＳＢ方向へ放射される。診断のときは、寒天１２の先端を歯牙の表面に直接接触させて、歯牙に超音波ビームを放射する。超音波センサ１に反射板１４を設け、超音波ビームの進行方向を変えることにより、大臼歯等奥歯の診断や歯牙の裏面の診断を容易に行うことができる。
【選択図】　　　　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、歯牙診断用超音波センサとその超音波センサを用いた超音波歯牙診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来むし歯を治療する場合、歯のう蝕部（患部）と健全部の判別は、医師の経験による場合が多いため、治療の際、患部が残存したり、逆に健全部を過大に削除したりすることがあった。また患部の診断には、Ｘ線写真が使われているが、歯のＸ線撮影は、臓器の場合よりも強いＸ線を照射しなければならないため、部分的照射であっても体への影響が大きく、治療の際何回も撮影するのは好ましくない。その上Ｘ線写真は、リアルタイムで患部の診断を行えないため、患部の残存量を確認しつつ治療することは困難であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明は、前記問題点に鑑み、Ｘ線を用いずに歯のう蝕部（患部）と健全部の境界面を計測してリアルタイムで数量的に表示し、治療の過程で患部の残存量を容易に確認できる超音波歯牙診断装置とその診断装置に用いる歯牙診断用超音波センサを提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の歯牙診断用超音波センサは、探傷子に超音波放射用のチップ部を取り付け、そのチップ部のケースの全部または一部にゼリー状ゲルを充填し、そのゼリー状ゲルの超音波放射端部はチップ部のケースの開口部からはみ出していることを特徴とする。
請求項２に記載の歯牙診断用超音波センサは、請求項１に記載の歯牙診断用超音波センサにおいて、超音波の放射方向を変える反射板を設けてあることを特徴とする。
請求項３に記載の歯牙診断用超音波センサは、請求項２に記載の歯牙診断用超音波センサにおいて、前記反射板の向きまたは角度を変える手段を設けてあることを特徴とする。
請求項４に記載の歯牙診断用超音波センサは、請求項１、請求項２または請求項３に記載の歯牙診断用超音波センサにおいて、前記チップ部は、着脱可能に構成してあることを特徴とする。
請求項５に記載の歯牙診断用超音波センサは、請求項１、請求項２、請求項３または請求項４に記載の歯牙診断用超音波センサにおいて、前記ゼリー状ゲルは、寒天であることを特徴とする。
請求項６に記載の超音波歯牙診断装置は、歯牙の脱灰部および健全部からの超音波の反射波に基づいて、その脱灰部および健全部の深さを計数して表示することを特徴とする。
請求項７に記載の超音波歯牙診断装置は、歯牙に超音波を放射し、歯牙からの超音波の反射波を受波して電気信号に変換して受信信号を発生する超音波センサ、超音波センサを駆動する電気信号を超音波センサへ送信し、超音波センサから受信信号を受信する送受信回路、送受信回路の受信信号から歯牙からの反射波を抽出する反射波抽出回路、反射波抽出回路の反射波に基づいて歯牙の脱灰部および健全部の超音波の伝播時間を計数する時間計数回路、時間計数回路の伝播時間に基づいて歯牙の脱灰部および健全部の深さを計数する距離計数回路、および距離計数回路の歯牙の脱灰部および健全部の深さを表示する表示装置からなることを特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図１〜図４を参照して、本願発明の実施の形態に係る歯牙診断用の超音波センサとその超音波センサを用いた超音波歯牙診断装置を説明する。なお各図に共通の部分は、同じ符号を使用している。
【０００６】
図１は、本願発明の実施の形態に係る歯牙診断用の超音波センサの構造を示す。
図１において、１は超音波センサ、１０は超音波ビーム放射用のチップ部、１１はチップ部１０のケース、１２は寒天、１３は水、１４はＩｎｃｏｎｅｌ６００からなる反射板、１５はケース１１の開口部、２０は収束型の探触子、３０はボディ部である。
【０００７】
まず図１（ａ）について説明する。
超音波センサ１は、チップ部１０、探触子２０およびボディ部３０からなり、チップ部１０は、探触子２０の超音波を送出する側に着脱可能に取り付け、探触子２０はボディ部３０に固定してある。チップ部１０は、ケース１１に寒天１２、水１３を充填し、寒天１２の先端（超音波放射端部）は、ケース１１の開口部１５からはみ出している。なお寒天１２の先端は、後述するように歯牙の表面に接触させることができればよいから、寒天１２の開口部１５からのはみ出しは、開口部１５の開口面と同じ程度であってもよい。
【０００８】
ボディ部３０は、後述する送受信回路に接続する電線等を収納し、超音波センサ１の把持部を構成している。探触子２０によって発生した超音波ビームは、水１３、寒天１２を直進して寒天１２の先端から矢印ＳＢ方向へ放射される。歯牙診断時は、超音波センサ１の寒天１２の先端を歯牙の表面に直接接触させ、歯牙へ超音波ビームを放射する。本願発明は、図１（ａ）の超音波センサ１を直線型超音波センサと呼ぶ。
【０００９】
一般に探触子は、探触子と検査体の音響インピーダンスの整合性を考慮し、両者の音響結合を一定にするため、水中で使用して両者の間に水を介在させる、或いは両者の間にグリセリンを介在させる等して使用している。
【００１０】
この一般の探触子に対して図４（ａ）の超音波センサ１は、寒天１２を使用しているから、水やグリセリンを介在させる必要がなく、寒天１２の先端を歯牙に直接接触させて使用することができる。本願の発明者は、寒天の音速が水の音速（約１４８０ｍ／ｓ）とほぼ同じであることに着目して実験を繰返し、探傷子２０の前面の超音波放射部に寒天１２を配置すれば、その寒天１２の先端を歯牙に直接接触させることができ、寒天１２と歯牙の間に水やグリセリンを介在させる必要のないことを確認した。
【００１１】
歯牙の診断は、スペース的に限られた狭い口の中で超音波センサ１を操作しなければならないため、操作性が重要になり、かつ口の中にグリセリン等を持ち込むのは衛生上も好ましくない。しかし超音波センサ１は、寒天１２の先端を歯牙に直接接触させるのみでよく、水やグリセリンを使用しないから、操作性に優れ、衛生上も優れている。また寒天は、細菌に侵されにくいから衛生上優れた材料であり、かつ安価な材料で、加熱殺菌により再使用も可能であるから、経済的にも優れている。
【００１２】
次に図１（ｂ）について説明する。
図１（ｂ）の超音波センサ１は、探触子２０と寒天１２の間に水を介在させずに、両者を直接接触させてある。寒天は、前記のように音響的に水に近い特性を有するから、探触子２０と寒天１２の間に水を介在させなくても、図１（ａ）の超音波センサと同様の機能が得られる。図１（ａ）のように探触子２０と寒天１２の間に水を介在させる場合には、その水を収納するスペースが必要になり、かつ水漏れ防止手段等が必要になるため、超音波センサの構造が複雑になり、大型になるが、図１（ｂ）の超音波センサ１は、構造が簡単で、小型になる利点がある。
【００１３】
次に図１（ｃ）について説明する。
図１（ｃ）の超音波センサ１は、反射板１４を設けてあるが、その他の構成は、図１（ｂ）の直線型超音波センサと同じである。探触子２０によって発生した超音波ビームは、反射板１４によって９０度屈折反射し、寒天１２の先端から矢印ＳＢ方向へ放射される。本願発明は、図１（ｃ）の超音波センサを反射型超音波センサと呼ぶ。
反射板１４は、Ｉｎｃｏｎｅｌ６００により構成してあるが、Ｉｎｃｏｎｅｌ６００の反射率は、ほぼ１００％である。なお反射板の材料は、Ｉｎｃｏｎｅｌ６００に限らず、ガラス等の反射率の高い材料であればよい。
【００１４】
反射型超音波センサ１は、超音波ビームを、超音波センサ１の長手方向に対して直角方向へ放射するから、大臼歯等奥歯の歯牙の表面に垂直に超音波ビームを放射することができる。したがって診断の際、患者は大きく口をあき、かつ無理な姿勢をとる必要がないから、患者の負担が軽くなり、また医師の診断も容易になる。また超音波ビームは、歯牙面に垂直に放射されるから、歯牙からの反射波のロスが小さくなる。
【００１５】
図１（ｃ）の場合、超音波ビームは、直角に屈折反射させているが、超音波センサの使い方に対応して直角以外の角度に設定することも可能である。例えば、超音波ビームを９０度より大きく屈折反射させて、歯牙の裏側から超音波ビームを照射して、歯牙の裏側を診断することもできる。また反射板１４の向きや角度を調整する手段を設けて、診断の際、反射板１４の向きや角度を任意に変えて超音波ビームの放射方向や屈折反射角を調整できるように構成することもできる。この場合、寒天１２と反射板１４の間に水を充填すると、寒天１２と反射板１４の間に隙間が生じない。
図１の実施の形態は、寒天について説明したが、寒天に限らず、こんにゃく等のゼリー状ゲルであればよい。
【００１６】
次に図２により図１の直線型超音波センサと反射型超音波センサの方位分解能特性について説明する。図２は、Ｄｅデシベルドロップ法（Ｄｅ＝６ｄＢ）による。
図２（ａ）は、超音波センサの移動距離と超音波エコーの高さの関係を示す。特性の測定には、周波数２２ＭＨｚ、焦点距離１５ｍｍ、ビーム焦点径０．４ｍｍ、直径３ｍｍの収束型探触子からなる超音波センサと直径０．０５ｍｍのタングステン線の試験体Ｗを用い、水中で超音波センサを一定の高さに保ちつつ、図２（ｂ）、図２（ｃ）のように、直線型超音波センサ１と反射型超音波センサ１を矢印方向に移動して、試験体Ｗからの超音波エコーを測定した。
【００１７】
図２（ａ）において、実線は、直線型超音波センサの特性を、破線は、反射型超音波センサの特性を示す。方位分解能特性は、直線型超音波センサも反射型超音波センサもほぼ同じになる。即ち図１（ｃ）のように反射板を設けて超音波ビームを反射屈折させても直線型超音波センサとほぼ同じ方位分解特性が得られることが分る。
【００１８】
図３は、歯牙探傷モデルとその歯牙探傷モデルの超音波エコーの波形を示す。図３（ａ）は、反射型超音波センサを用いて、図３（ｂ）の歯牙探傷モデルＨＭに超音波ビームを照射したときの超音波エコーの波形である。図３（ｂ）の歯牙探傷モデルＨＭは、健全な歯牙の中央に脱灰部（患部）ＨＭ１を作成した試験用の歯牙で、ＨＭ２は、健全部、ＨＭ３は、歯髄腔部である。脱灰部ＨＭ１は、試験用歯牙の形成に慣用されているブランク・リュクロ法用溶液によって、健全部ＨＭ２の中央部分を脱灰して作成したものである。
【００１９】
図３（ａ）の超音波エコーの波形において、ＷＡは、脱灰部ＨＭ１の表面Ａからの反射波、ＷＢは、脱灰部ＨＭ１の底面（健全部ＨＭ２の表面）Ｂからの反射波、ＷＣは健全部ＨＭ２の底面（歯髄腔部ＨＭ３の表面）Ｃからの反射波である。
図３（ａ）から、歯牙に超音波ビームを放射すると、歯牙の脱灰部の表面、脱灰部の底面、健全部の底面において、超音波の反射波が発生することが分かる。即ち本願の発明者は、歯牙に超音波ビームを放射すると、歯牙の脱灰部と健全部との境界において明瞭な超音波エコーが発生することを発見した。この発見に基づき、歯牙の脱灰部と健全部を計測して、歯牙の診断が可能であることを確認した。
【００２０】
図４は、本願発明の実施の形態に係る超音波歯牙診断装置の構成図である。
図４の超音波歯牙診断装置は、図３の知見に基づいて構成したもので、超音波エコーによる歯牙の脱灰部や健全部の検出には、従来の超音波エコー探傷装置や板厚測定装置の技術を適用することができる。
【００２１】
まず図４（ａ）の超音波歯牙診断装置について説明する。
超音波センサ４１は、送受信回路４２からの送信信号（電気信号）により超音波ビームを発生して歯牙Ｈへ放射し、歯牙Ｈから超音波の反射波を受波し、受波した反射波により受信信号（電気信号）を発生して送受信回路４２へ送る。送受信回路４２は、受信信号を反射波抽出回路４３へ送る。反射波抽出回路４３は、受信信号から図３（ａ）の反射波ＷＡ，ＷＢ，ＷＣを抽出して時間計数回路４４へ送る。
【００２２】
時間計数回路４４は、反射波ＷＡ，ＷＢ，ＷＣに基づいて、反射波ＷＡ―ＷＢ間，反射波ＷＢ−ＷＣ間および反射波ＷＡ−ＷＣ間の時間を計数し、距離計数回路４５へ送る。距離計数回路４５は、時間計数回路４４が計数した伝播時間と歯牙Ｈの脱灰部および健全部の超音波伝播速度から脱灰部の深さ（厚さ）、健全部の深さ（厚さ）および歯牙表面から歯髄腔部までの距離（歯髄腔距離）を計数して表示装置４６へ送る。表示装置４６は、脱灰部の深さ、健全部の深さおよび歯髄腔距離を表示部に表示する。表示装置４６は、脱灰部の深さ、健全部の深さおよび歯髄腔距離を、個別の表示部或いは同一の表示部に、例えばデジタル的に表示する。
なお歯牙の脱灰部および健全部の超音波伝播速度は、健全部が２５００〜３５００ｍ／ｓ（表面から歯髄腔部に向かって連続的に変化する）、脱灰部が２０００ｍ／ｓである。
【００２３】
次に図４（ｂ）について説明する。
図４（ｂ）は、図４（ａ）の超音波歯牙診断装置の一部の処理をコンピュータで行う場合の例で、図４（ｂ）の反射波抽出回路４３の出力をコンピュータ５０に取り込んで図４（ａ）の超音波歯牙診断装置と同様の処理を行う。
反射波抽出回路４３の出力は、Ａ／Ｄ変換部５１によってＡ／Ｄ変換し、データ抽出部５２によって各反射波のデータを抽出し、ノイズ抑制部５３によって抽出したデータのノイズを抑制して時間・距離計算部５４に送る。時間・距離計数部５４は、図４（ａ）と同様に脱灰部の深さ、健全部の深さおよび歯髄腔距離を計数して、表示装置４６へ送る。
【００２４】
なお本実施の形態にいて、ノイズ抑制部５３は、必ずしも必要でないが、歯牙のう蝕により図３の反射波ＷＣが小さくなり、ノイズに紛れて識別し難くなった場合に有効である。またＡ／Ｄ変換部５１、データ抽出部５２の処理には、アドテック・システムサイエンス社製のソフトＤＡＳＹＬａｂ４．０Ｊを、ノイズ抑制部５３の処理には、プリーズ社製のソフトＤＡＳＹ　ＡＮＡＬＹＺＥＲを、時間・距離計算部５４の処理には、ソフトＥＸＣＥＬを用いたが、これらのソフトに限るものではない。
【００２５】
図４の超音波歯牙診断装置は、脱灰部の深さ、健全部の深さおよび歯髄腔距離をリアルタイムで計数して表示できるから、歯の治療前の準備段階或いは治療の過程において、歯牙の脱灰部や健全部の範囲を数量的に、容易に確認することができる。したがって経験の浅い医師も、脱灰部の深さ、健全部の深さおよび歯髄腔距離を的確に把握して、適切な治療を行うことができる。
【００２６】
【発明の効果】
本願発明の超音波歯牙診断装置は、脱灰部の深さ、健全部の深さおよび歯髄腔距離をリアルタイムで数量的に表示できるから、経験の浅い医師も歯牙の脱灰部や健全部を的確に把握し、適切に治療することができる。
本願発明の超音波歯牙診断装置は、Ｘ線を使用しないから、歯牙の治療の前段階および治療の過程において、必要に応じて多数回超音波を放射して脱灰部の深さ等を確認しても体の害になることはない。
本願発明の歯牙診断用超音波センサは、探触子の前面の超音波放射部に寒天等のゼリー状ゲルを配置し、そのゼリー状ゲルの先端を歯牙に直接接触させ使用できるから、探触子と歯牙の間に水やグリセリン等の接触媒質を介在させる必要がない。そのため本願発明の超音波センサは、スペース的に狭い口の中で容易に操作することができ、かつ構造が簡単で小型になる。
【００２７】
本願発明の歯牙診断用超音波センサは、反射板により超音波ビームの放射方向や放射角度を変えることができるから、大臼歯等奥歯の診断や歯牙裏側の診断等、診断の態様に適した超音波センサを作成することができる。また反射板の方向や角度を変える手段を設けることにより、さらに超音波センサの操作性を高めることができる。
本願発明の歯牙診断用超音波センサのチップ部は、着脱できるから、診断する歯牙に適したチップ部を選択して超音波センサに取付けることができ、またチップ部のみ加熱殺菌して再使用することもできる。また本願発明の超音波センサに用いている寒天は、口の中に入れても衛生上なんら問題がないし、安価な材料であるから経済的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の実施の形態に係る超音波センサの平面図（一部断面図）である。
【図２】図１の超音波センサの方位分解能特性を示す図である。
【図３】歯牙探傷モデルとその歯牙探傷モデルの超音波エコーの波形を示す図である。
【図４】本願発明の実施の形態に係る超音波歯牙診断装置の構成図である。
【符号の説明】
１　　超音波センサ
１０　　チップ部
１１　　ケース
１２　　寒天
１３　　水
１４　　反射板
１５　　開口部
２０　　探触子
３０　　ボディ部
ＨＭ　　歯牙探傷モデル
ＨＭ１　　脱灰部
ＨＭ２　　健全部
ＨＭ３　　歯髄腔部

Claims

探傷子に超音波放射用のチップ部を取り付け、そのチップ部のケースの全部または一部にゼリー状ゲルを充填し、そのゼリー状ゲルの超音波放射端部はチップ部のケースの開口部からはみ出していることを特徴とする歯牙診断用超音波センサ。
請求項１に記載の歯牙診断用超音波センサにおいて、超音波の放射方向を変える反射板を設けてあることを特徴とする歯牙診断用超音波センサ。
請求項２に記載の歯牙診断用超音波センサにおいて、前記反射板の向きまたは角度を変える手段を設けてあることを特徴とする歯牙診断用超音波センサ。
請求項１、請求項２または請求項３に記載の歯牙診断用超音波センサにおいて、前記チップ部は、着脱可能に構成してあることを特徴とする歯牙診断用超音波センサ。
請求項１、請求項２、請求項３または請求項４に記載の歯牙診断用超音波センサにおいて、前記ゼリー状ゲルは、寒天であることを特徴とする歯牙診断用超音波センサ。
歯牙の脱灰部および健全部からの超音波の反射波に基づいて、その脱灰部および健全部の深さを計数して表示することを特徴とする超音波歯牙診断装置。
歯牙に超音波を放射し、歯牙からの超音波の反射波を受波して電気信号に変換して受信信号を発生する超音波センサ、超音波センサを駆動する電気信号を超音波センサへ送信し、超音波センサから受信信号を受信する送受信回路、送受信回路の受信信号から歯牙からの反射波を抽出する反射波抽出回路、反射波抽出回路の反射波に基づいて歯牙の脱灰部および健全部の超音波の伝播時間を計数する時間計数回路、時間計数回路の伝播時間に基づいて歯牙の脱灰部および健全部の深さを計数する距離計数回路、および距離計数回路の歯牙の脱灰部および健全部の深さを表示する表示装置からなることを特徴とする超音波歯牙診断装置。