JP2006181257A - Silencing system of odontotherapy apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、歯の切削機として使用されるハンドピース等の歯科治療器具から発生する騒音を消去するシステムに関する。 The present invention relates to a system for eliminating noise generated from a dental treatment instrument such as a handpiece used as a tooth cutting machine.
一般に、発生する騒音の弊害を解消するためのシステムとして、ANC(Active Noise Control)と呼ばれる技術が公知であり、様々な分野で利用されている。ANCは、入力音波(Primary Noise)の逆位相(Secondary Noise)をLMS(Least Mean Square;最小自乗平均)アルゴリズムとDSP(Digital Signal Processor)により作り出し、それを空間に放出して、互いに打ち消しあい消音する技術であり、図1は、そのANC等価回路を示している。ANC技術は、アナログ値である音をすべてデジタルに変換(A/D変換)し、DSPによってLMSアルゴリズムで処理した後、アナログに変換(D/A変換)して放出している。このため、ANCは、音波が低周波の場合には有効であるが、高周波の場合には効力が薄れる、ということが証明されている。 In general, a technique called ANC (Active Noise Control) is known as a system for eliminating the harmful effects of generated noise, and is used in various fields. The ANC creates the opposite phase (Secondary Noise) of the input sound wave (Primary Noise) using the LMS (Least Mean Square) algorithm and the DSP (Digital Signal Processor), releases it to the space, cancels each other, and cancels the sound. FIG. 1 shows an ANC equivalent circuit thereof. In the ANC technology, an analog sound is all converted to digital (A / D conversion), processed by a DSP using an LMS algorithm, and then converted to analog (D / A conversion) before being emitted. For this reason, it has been proved that ANC is effective when the sound wave has a low frequency but is less effective when the sound wave has a high frequency.
下記特許文献1では、ANC技術を歯科治療分野に応用して、ハンドピース等の歯科治療用インスツルメントによる騒音の弊害を解消するための歯科治療ユニットを提案している。
この歯科治療ユニットは、歯科治療中にインスツルメントが発生する音をマイクロホンで検出し、この治療器具が発する音と振幅が略等しく位相が180°異なる音をスピーカより発生し、治療器具が発生する音をキャンセルするものである。 This dental treatment unit detects sound generated by an instrument during dental treatment with a microphone, and generates sound from the speaker that is substantially the same amplitude and 180 ° in phase as the sound emitted by this treatment device. The sound to be canceled is cancelled.
一方、高周波の消音には、グラスウール等の遮音材を用いて物理的に音を遮断することにより音の振動を吸収し、減衰又は他のエネルギーに変換することにより消音させる方法が有効であることが証明されている。この方法はパッシブ制御消音技術と呼ばれている。 On the other hand, for high-frequency noise reduction, it is effective to absorb sound vibrations by physically blocking the sound using a sound insulating material such as glass wool and to attenuate or convert the sound into other energy. Has been proven. This method is called passive control mute technology.
歯科治療において、歯の切削は必要不可欠なものである。しかし、その歯の切削機であるハンドピース(以下、単にハンドピースと呼ぶ)を使用する際に発生する騒音(切削ドリルの回転音、切削音、切削中に用いられる冷却水の噴出音を含む)は、術者・助手・患者のコミュニケーションを困難なものにし、さらに患者にとって痛みのイメージを引き起こすことでストレスの原因となる、という弊害を招いている。 In dental treatment, tooth cutting is indispensable. However, noise generated when using a handpiece (hereinafter simply referred to as a handpiece) that is a cutting machine for the teeth (including rotation sound of cutting drill, cutting noise, and blowing water of cooling water used during cutting) ) Has made it difficult for the surgeon / assistant / patient to communicate with each other, and also has the negative effect of causing pain by causing the patient an image of pain.
ハンドピース(切削ドリルの回転速度は空転時で30〜40万rpm)からの騒音は、周波数帯域の観点からみると、500〜1000Hzの低周波数音とともに3500〜4000Hzの高周波数音の成分が含まれており、ときにこの騒音の周波数成分は500〜4000Hzに亘る広い帯域となることもある。 From the viewpoint of the frequency band, noise from the handpiece (rotating speed of the cutting drill is 300 to 400,000 rpm) includes a low frequency sound of 500 to 1000 Hz and a high frequency sound component of 3500 to 4000 Hz. Sometimes, the frequency component of this noise may be a wide band extending from 500 to 4000 Hz.
この広い帯域に亘る騒音を消音するには、既述のとおり、一旦騒音のアナログ信号をすべてデジタルに変換して処理するために、低周波に有効ではあるが高周波には効果が薄い従来のANC技術のみでは実現不可能である。しかしながら、ハンドピースは患者の口腔内で使用するために必然的に小型化が求められるので、グラスウール等の遮音材を大量に必要とするパッシブ制御消音技術の適用は、物理的に不可能である。故に、現在まで無音化されたハンドピースは存在しなかった。前掲の特許文献1記載の歯科治療ユニットにおいても、従来のANC技術に依存して歯科治療用インスツルメントからの発生音を位相反転音の出力によって打ち消そうとしているが、消去しきれなかった高周波成分が患者に聴取されてしまい、前述の課題を完全に解決することができないものであった。
In order to mute the noise over this wide band, as described above, since all analog signals of noise are converted into digital signals once and processed, the conventional ANC is effective for low frequencies but has little effect on high frequencies. It is impossible to achieve with technology alone. However, since handpieces are inevitably required to be miniaturized for use in the oral cavity of a patient, it is physically impossible to apply passive control silencing technology that requires a large amount of sound insulation such as glass wool. . Therefore, no handpiece has been silenced until now. Even in the dental treatment unit described in
また、同特許文献1記載の歯科治療ユニットでは、ハンドピース等の歯科治療用インスツルメントからの騒音を拾いやすい場所(インスツルメント内、安頭台、術者の胸元、無影灯部、歯科治療椅子のバックレスト側部等)にマイクを設置するものとしているが、口腔内で発生したハンドピース回転音は、口腔外に出たときに周波数が変わって音ずれが生じるため、ハンドピースに取り付けたマイクでハンドピース回転音を直接拾ってその位相反転音を出力しても、該音ずれに相当する音が患者に聞こえてしまい、完全に消音させることができない。他方、口腔外にマイクを設置すると、ハンドピース回転音の音ずれの問題は生じないものの、ハンドピース回転音以外の音、たとえば治療室に流れる音楽や、歯科治療器具をトレーに置くときの金属音、術者が話しかける声、さらには患者自身の声もマイクが拾ってしまうため、これらの位相反転音を出力すると、ハンドピース回転音を含む全ての音が消されて実質的に無音状態となってしまい、結果として、術者と患者との間の重要な会話音声も聞き取りにくくなってしまうという新たな問題が生ずる。同特許文献1では、マイクを複数設置しても良いことが記載されているが、その具体的構成及びその場合の具体的処理については何ら提案されていない。
Further, in the dental treatment unit described in
さらに、ハンドピースからの騒音は、音量・伝播の観点からは、70〜80dBのレベルで外部に記録されるが、患者自身が感じる音量としては、実際には80dBをはるかに超え、100dB〜120dBになる。その原因は、歯牙から頭骨に伝わる骨伝導による振動音として伝わっているためである。つまり、騒音が人に感知される経路として、気導に加えて骨伝導がある。気導(Air Conduction)は空気中を伝播し、患者の外耳から内耳に伝わる経路であり、骨伝導(Bone Conduction)は頭蓋骨を通して内耳に伝わる経路である。歯科治療切削時のハンドピースによる気導と骨伝導の両方の騒音が大きすぎるため、外部の音が遮蔽される現象、たとえば患者が術者から話しかけられてもその声が騒音にかき消されて聴き取れないといった現象が生じる。 Furthermore, the noise from the handpiece is recorded externally at a level of 70 to 80 dB from the viewpoint of volume and propagation, but the volume felt by the patient himself is actually much higher than 80 dB, 100 dB to 120 dB. become. This is because it is transmitted as vibration sound due to bone conduction transmitted from the tooth to the skull. In other words, in addition to air conduction, there is bone conduction as a path through which noise is sensed by humans. Air Conduction is a path that propagates through the air and travels from the patient's outer ear to the inner ear, and Bone Conduction is a path that travels through the skull to the inner ear. The noise of both air conduction and bone conduction by the handpiece during dental treatment cutting is too loud, so that the external sound is shielded, for example, even if the patient speaks to the operator, the voice is drowned out and heard The phenomenon that it cannot be taken out occurs.
従って、歯科治療器具から発生して患者が騒音として聴取する音を消音するためには、気導及び骨伝導の2系統の伝播を考慮し、対処しなければならない。この点、前掲の特許文献1記載の歯科治療ユニットでは、気導に対してのみ対処しているため、消音化を十分に実現することができないものであった。
Therefore, in order to mute the sound generated by the dental treatment instrument and heard by the patient as noise, it is necessary to take into account two types of propagation: air conduction and bone conduction. In this respect, the dental treatment unit described in the above-mentioned
以上に詳述したように、ハンドピースを使用する際に発生する騒音は、該騒音が広い周波数帯域に亘っていることや、人の口腔内という狭いスペースが発生源となっていることから、単に従来のANC技術を応用しただけでは該騒音の消音化を実現することは困難である。さらに、該騒音は気導と骨伝導の2系統の伝播となっており、前記の問題と併せて、これら伝播を考慮した全面的な消音化システムを開発することが必要である。 As described in detail above, the noise generated when using the handpiece is that the noise is over a wide frequency band and the narrow space of the human oral cavity is the source of the noise. It is difficult to achieve noise reduction by simply applying the conventional ANC technology. Furthermore, the noise is propagated in two systems, air conduction and bone conduction. In addition to the above problems, it is necessary to develop a complete silencing system in consideration of these propagations.
上記の問題を解消するため、本発明は、ハンドピース等歯科治療器具の回転によって生ずる広い周波数帯域に亘る騒音を、気導と骨伝導の2系統の音伝播を考慮しつつ、実質的に完全に消音化させることができる、新規な歯科治療器具の消音化システムを提供することを目的とする。 In order to solve the above problems, the present invention substantially eliminates noise over a wide frequency band caused by rotation of a dental treatment instrument such as a handpiece while considering two systems of sound propagation, air conduction and bone conduction. It is an object of the present invention to provide a novel silencing system for dental treatment instruments that can be silenced.
この目的を達成するため、請求項1にかかる本発明は、歯科治療器具の回転によって生ずる音を治療中の患者の口腔内で取得する第一のマイクと、歯科治療器具が切削治療中の歯に当たることによって生ずる骨伝導音を取得する第二のマイクと、歯科治療器具が口腔内で回転しているときの音の周波数を記憶するメモリと、第一のマイクが取得した音をデジタル変換するA/D変換手段と、歯科治療器具が稼働中であるか否かをA/D変換手段からの出力デジタル値とメモリに記憶した回転音周波数との比較によって判定する稼働判定手段と、第一のマイクで取得した音の位相反転音を生成する気導用位相反転手段と、気導用位相反転手段が生成した位相反転音を患者の耳元で出力する気導用スピーカと、稼働判定手段が歯科治療器具が歯の切削治療に稼働中であると判定したときに第二のマイクで取得した音の位相反転音を生成する骨伝導用位相反転手段と、骨伝導用位相反転手段が生成した位相反転音を出力する骨伝導用スピーカと、を備えることを特徴とする歯科治療器具の消音化システムである。
In order to achieve this object, the present invention according to
請求項2にかかる本発明は、歯科治療器具の回転によって生ずる音を治療中の患者の口腔内で取得する第一のマイクと、歯科治療器具が切削治療中の歯に当たることによって生ずる骨伝導音を取得する第二のマイクと、歯科治療器具が口腔内で空転しているときに生ずる音の周波数と歯の切削治療に稼働しているときに生ずる音の周波数とを記憶するメモリと、第一のマイクが取得した音をデジタル変換する第一のA/D変換手段と、歯科治療器具が稼働中であるか否かを第一のA/D変換手段からの出力デジタル値とメモリに記憶した空転中及び/又は稼動中の周波数との比較によって判定する稼働判定手段と、第一のマイクで取得した音の位相反転音を生成する気導用位相反転手段と、気導用位相反転手段が生成した位相反転音を患者の耳元で出力する気導用スピーカと、気導用スピーカからの位相反転音出力によってもなお患者が聴取する音を取得する第三のマイクと、第三のマイクが取得した音をデジタル変換する第二のA/D変換手段と、第二のA/D変換手段からの出力デジタル値とメモリに記憶した空転中及び/又は稼動中の周波数とを参照して、第三のマイクが取得した音のうち歯科治療器具の回転によって生ずる音の周波数帯域に属すると判断される差分値を抽出し、この差分値を消去するための位相調整が行われるように気導用位相反転手段を制御する音ずれ補正手段と、稼働判定手段が歯科治療器具が歯の切削治療に稼働中であると判定したときに第二のマイクで取得した音の位相反転音を生成する骨伝導用位相反転手段と、骨伝導用位相反転手段が生成した位相反転音を出力する骨伝導用スピーカと、を備えることを特徴とする歯科治療器具の消音化システムである。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a first microphone for obtaining a sound generated by rotation of a dental treatment instrument in the oral cavity of a patient being treated, and a bone conduction sound produced when the dental treatment instrument strikes a tooth under cutting treatment. A second microphone for acquiring a sound, a memory for storing a sound frequency generated when the dental treatment instrument is idle in the oral cavity, and a sound frequency generated when the dental treatment device is operating for tooth cutting treatment; The first A / D conversion means for digitally converting the sound acquired by one microphone, and the output digital value from the first A / D conversion means and whether or not the dental treatment instrument is in operation are stored in the memory. Operation determination means for determining by comparison with the idle and / or operating frequency, air conduction phase inversion means for generating a phase inversion sound of the sound acquired by the first microphone, and air conduction phase inversion means The phase inversion sound generated by the patient An original air-conducting speaker, a third microphone that obtains the sound that the patient still listens to by the phase-reversed sound output from the air-conducting speaker, and a digital signal that converts the sound obtained by the third microphone The sound acquired by the third microphone by referring to the second A / D conversion means, the output digital value from the second A / D conversion means and the idling and / or operating frequency stored in the memory. The sound that controls the air conduction phase reversing means is extracted so that the difference value determined to belong to the frequency band of the sound generated by the rotation of the dental treatment instrument is extracted and the phase adjustment for erasing the difference value is performed. Bone conduction phase inversion means for generating a phase inversion sound of the sound acquired by the second microphone when the shift correction means and the operation determination means determine that the dental treatment instrument is in operation for tooth cutting treatment; Generated by phase inversion means for bone conduction A bone conduction speaker that outputs a phase inversion sound, a silencing system of a dental treatment instrument, characterized in that it comprises a.
請求項3にかかる本発明は、請求項1又は2の歯科治療器具の消音化システムに用いられる第一のマイクが、歯科治療器具の切削ドリルからの距離が10〜30mmの範囲内である位置に設けられることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, the first microphone used in the silencing system for the dental treatment instrument according to the first or second aspect is a position where the distance from the cutting drill of the dental treatment instrument is within a range of 10 to 30 mm. It is provided in.
本発明の歯科治療器具の消音化システムによれば、処理部(デジタルライン)と音波回路(アナログライン)とが別個に設けられている。つまり、各マイクが取得した音(騒音)はアナログラインを介して入力補正手段による補正と共に、入力制御手段による適宜入力がなされた後に、この入力音波に対して位相反転音を生成してスピーカから出力している。そして、歯科治療器具は患者の口腔内でのみオンとされるが、実際に患者の歯の切削治療に用いられているか否かを判定するための稼働判定手段や、その判定結果に基づく入力切替手段への入力音波を選択的に制御する入力制御手段を動作させるためのデジタルラインを別個に設けている。このようなシステム構成を採用したことにより、歯科治療器具によって生ずるような広帯域の騒音を消音化することができる。同時に、従来のデジタル処理によるANCでは不可欠であったBPF(Band-Pass Filter)を不要にし、より高速化を図ることを可能としている。また、ハンドピースへのマイク内蔵と歯牙圧着マイクとシステムの一連の構成により、骨伝導による騒音にも対処している。 According to the silencing system for a dental treatment instrument of the present invention, a processing unit (digital line) and a sound wave circuit (analog line) are provided separately. That is, the sound (noise) acquired by each microphone is corrected by the input correction means via the analog line and appropriately input by the input control means, and then a phase inversion sound is generated for the input sound wave from the speaker. Output. The dental treatment instrument is turned on only in the patient's oral cavity, but the operation determining means for determining whether or not the dental treatment instrument is actually used for cutting treatment of the patient's teeth, and input switching based on the determination result A digital line is separately provided for operating input control means for selectively controlling sound waves input to the means. By adopting such a system configuration, it is possible to mute the broadband noise generated by the dental treatment instrument. At the same time, the BPF (Band-Pass Filter), which is indispensable in the conventional ANC by digital processing, is unnecessary, and it is possible to increase the speed. In addition, the built-in microphone in the handpiece, the tooth crimping microphone, and a series of system configurations deal with noise caused by bone conduction.
これらを介して歯科治療器具による騒音が実質的に完全に消音されることの結果として、患者が恐怖感やストレスなく治療を受けることができ、術者とのコミュニケーションも可能になる。 As a result of the noise from the dental treatment device being substantially completely silenced through these, the patient can receive treatment without fear or stress, and can communicate with the surgeon.
なお、本発明のシステムによって歯科治療器具による騒音の消音化を実施した場合、治療中、患者が今治療が為されているのか否かの判断がつかず危険ではないか、という懸念があるかもしれないが、術者が患者の状態や反応に常に気を配りながら治療を行っているため、例えば、走行時の騒音がない自動車が走行中、通行人がその自動車の存在を気づきにくい、という種類の危険性はないことを付記しておく。 If the system of the present invention is used to mute the noise with a dental treatment instrument, there may be a concern that during the treatment, it may not be possible to judge whether or not the patient is currently being treated. Although it is not possible, because the surgeon is always paying attention to the patient's condition and reaction, for example, while a car without noise during driving is running, passers-by is difficult to notice the existence of the car Note that there is no danger of type.
本発明の好適な一実施形態による歯科治療用ハンドピースの消音化システムの概略構成図である図2を、本システムを用いて行う治療イメージ図である図3と共に参照して、以下詳述する。 FIG. 2, which is a schematic configuration diagram of a silencing system for a dental treatment handpiece according to a preferred embodiment of the present invention, will be described in detail below with reference to FIG. 3, which is an image of treatment performed using the system.
本システムは、騒音取得手段10として、ハンドピース11に内蔵したマイク12、患者耳元マイク13、歯牙圧着マイク14を備えている。ハンドピース内蔵マイク12は、図4に示すように、ハンドピース11の切削ドリル15から若干離れた位置において本体部16に内蔵されており、ハンドピース11の切削ドリル15の回転音を取得する。患者耳元マイク13は、歯科治療椅子のヘッドレスト17上又はその近くに設置され、気導の騒音を取得する。歯牙圧着マイク14は、術者に治療上物理的な障害とならない箇所、たとえば治療場所に対向する上顎歯牙に圧着させるものであり、骨伝導による騒音を取得する。下顎に関しては関節腔により頭骨と連絡しているため下顎歯牙の振動よりは上顎歯牙の振動を検知すれば良いので、下顎歯牙の切削の場合でも上顎歯牙に圧着させる。騒音取得手段10は、これらの音波をアナログ値として取得する。
This system includes a
メモリ21を備えた演算/制御手段(以下、ALUと呼ぶ)20は、騒音取得手段10が取得した音波に基づき判定等の演算及び他の構成要素の制御を行う。騒音取得手段10で取得される音波はアナログ値であるため、これらをA/D変換手段22,23,24による変換後のデジタル値(周波数、振幅等)を、ALU20がデータとして扱う。なお、ハンドピース内蔵マイク12の音波については増幅手段(AMP)25により最適入力レベルにコントロールした後にA/D変換手段24でデジタル変換される。
An arithmetic / control means (hereinafter referred to as ALU) 20 having a
ALU20の重要な役割の一つは、ハンドピース11の稼動状況、すなわちハンドピース11が患部の歯を切削中か空転中かを判定することである。この判定は、ハンドピース内蔵マイク12からの入力音波の周波数がハンドピース11の空転時(30〜40万rpm)の周波数と一致するか否かを基準として行う。ハンドピース11が歯を切削しているときの回転数は空転時(30〜40万rpm)より大幅に減少して20万rpm程度となるので、発生音の周波数も大きく異なる。従って、入力音波の周波数が空転時の周波数と一致しない場合(閾値を下回っているとき)には切削中であると判定することができる。この判定を行うため、ハンドピース11の空転時及び切削時の回転音の周波数を、ハンドピースの個体差を考慮して個々のハンドピース毎に、メモリ21に予め記憶させておく。
One of the important roles of the
骨伝導用入力制御手段(Comparator)30は、ALU20によるハンドピース稼働状況(切削中/空転中)の判定結果に基づき、歯牙圧着マイク14からの音波(振動音)をシステム入力音波とするか否かの制御を行う。なお、システム入力音波とは、位相反転手段31,41で位相反転音を生成するための処理対象となるべき、騒音取得手段による入力音波のことである。
Whether or not the bone conduction input control means (Comparator) 30 uses the sound wave (vibration sound) from the
位相反転手段(Phase Inverter)31,40は、システム入力音波の位相反転を行う。なお、単なる位相反転(位相差となる角度180度)だけではなく、必要に応じて位相差±4度以内の微調整を行う。 Phase inversion means (Phase Inverters) 31 and 40 invert the phase of the system input sound wave. In addition to simple phase inversion (angle 180 degrees as a phase difference), fine adjustment within a phase difference of ± 4 degrees is performed as necessary.
骨伝導用増幅手段(Bone Conduction AMP)32及び気導用増幅手段(Air Conduction AMP)41は、それぞれシステム入力音波の位相反転音を最適出力レベルにコントロールする。 The bone conduction amplification unit (Bone Conduction AMP) 32 and the air conduction amplification unit (Air Conduction AMP) 41 each control the phase inversion sound of the system input sound wave to the optimum output level.
骨伝導用スピーカ(Bone Conduction)33及び気導用スピーカ(Air Conduction)42は、それぞれ最適出力レベルに調整されたシステム入力音波の位相反転音を発生させるスピーカである。なお、骨伝導用スピーカ33は歯科治療椅子のヘッドレスト17部分に設置して治療中の患者の頭蓋骨に振動(位相反転された振動)が直接伝わるようにし、また、気導用スピーカ42は患者の両耳付近に設置して位相反転音を患者が直接且つ明瞭に聴取できるようにすることが好ましい。
The
以上の構成要素のうち、骨伝導用入力制御手段30での入力切替タイミング、位相反転手段31、40の位相反転状況、骨伝導用増幅手段32及び気導用増幅手段41の機能のオン/オフと最適出力レベルは、ALU20が制御する。
Among the above components, the input switching timing in the bone conduction input control means 30, the phase inversion status of the phase inversion means 31, 40, the function of the bone conduction amplification means 32 and the air conduction amplification means 41 are turned on / off. The
なお、ハンドピース11の取り扱いについて補足説明すると、ハンドピース稼動時には、切削部が歯を切削するときに発生する摩擦熱を発散させるため、その先端部分から水が放出される仕組みとなっている。そのため、術者は、ハンドピースを必ず患者の口腔内で稼動(スイッチON/OFF)させるようにしている。
In addition, if it explains supplementarily about handling of the
ここで、気導の騒音の消音化処理について詳述する。 Here, the silencing process of air conduction noise will be described in detail.
従来技術として説明した特許文献1記載の歯科治療ユニットでは、既述の通り、患者耳元マイク13に相当する気導用マイクを安頭台、術者の胸元、無影灯部、歯科治療椅子のバックレスト側部等に設置した場合、気導の騒音すべてを取得し、その位相反転音を同時に出力する方法が採用されていたため、術者と患者の会話音も消音化されてしまうという欠点があり、また、同マイクをハンドピースに設置した場合には音ずれを解消することができないという欠点があり、いずれの場合も、ハンドピースが発する騒音のみを確実に消音させることが困難であった。この問題を解消するため、本システムでは、純粋にハンドピースの騒音のみを取得する方法としてハンドピース内蔵マイク12を設置するとともに、患者耳元マイク13をエラーセンサーとして設置して音ずれを解消する手法を提案する。
In the dental treatment unit described in
図5は、システム入力音波(騒音)が、その種類に応じてどの騒音取得手段で取得されるのかを示している。気導の騒音について述べると、ハンドピース内蔵マイク12は、純粋にハンドピースからの騒音のみ、つまり切削ドリル15の回転音のみ(厳密に言えば、同時に放出される水音も含まれる)を取得する。本システムでは、このハンドピース内蔵マイク12で取得した騒音の位相反転音を気導用スピーカ42から放出することで、騒音の消音化を行う。
FIG. 5 shows which noise acquisition means acquires the system input sound wave (noise) according to the type. Regarding air conduction noise, the
ここで留意すべきことは、ハンドピース内蔵マイク12から気導用スピーカ42の音を放出するまでの過程は電気的な処理であり、気導用スピーカ42はハンドピース11からの騒音よりもわずかながら早く放出されること(背景として、音の伝播速度より電気(信号)速度の方が遥かに速いという事実がある)や、ハンドピースの騒音が口腔内から口腔外に拡散する際、口腔内での反響や頬を介すこと等により若干の誤差(音ずれ)が生じる現象があることの結果として、前記の騒音取得手段としてハンドピース内蔵マイク12だけを使用してその位相反転音を出力しても完全な消音化を実現することができず、この音ずれの騒音部分が患者に聞こえてしまうことである。そこで、本システムでは、ハンドピース内蔵マイク12で取得した騒音の位相反転音を気導用スピーカ42から出力することによってもなお消去しきれない音(該騒音が口腔内から口腔外に出たときに温度等の環境変化によってその周波数や位相が変化した場合に、それによる音ずれとして患者に聴取されてしまう音)を患者耳元マイク13で取得し、ここで取得した音(差分音波)に基づいて音ずれ補正処理を行う。つまり、患者耳元マイク13は、ハンドピース内蔵マイク12を使用してその位相反転処理によって行った消音化の結果を取得して、音ずれ補正用エラーセンサーとして機能するものである。このエラーセンサーとしての機能上は、ハンドピース回転による騒音に相当する音ずれだけを取得すれば良いが、患者耳元マイク13は開放空間に設置されているため、ハンドピース回転騒音の音ずれだけでなく、会話音声等の周囲の音も一緒に取得してしまうので、下記の処理を行う。
It should be noted that the process from the handpiece built-in
患者耳元マイク13により取得された騒音、つまり音ずれと会話音声等が含まれた騒音をA/D変換手段22でA/D変換したデジタルデータから、ALU20は、メモリ21に予め記憶させておいたハンドピース11の騒音域(該騒音の周波数範囲)内にある騒音を抽出して音ずれに相当するデータを取得する。次に、この音ずれ相当データに基づくALU20の制御下で、位相反転手段40は、ハンドピース内蔵マイク12からの騒音(アナログ値)の位相を微調整(振幅の調整も含む)を行う。この調整を何度も繰り返す(フィードバックする)ことで、最終的には完全な消音化を実現する理想的な位相反転音を出力し、その状態を維持させる。この騒音の音ずれ補正処理は、歯牙圧着マイク14とA/D変換23と骨伝導に関する処理手段30〜33を除く、全てのシステム構成要素を使って実現している。
The
この騒音の音ずれ補正処理を概念的に簡略図示したものが図6と図7である。騒音を時間的な流れで見た場合を図示したものが図6の(A)〜(C)であり、騒音のある瞬間における周波数成分を図示したものが図7の(D)〜(G)である。 6 and 7 are conceptually simplified illustrations of the noise shift correction process for noise. FIGS. 6A to 6C illustrate the case where the noise is viewed in a temporal flow, and FIGS. 7D to 7G illustrate the frequency components at a moment when the noise is present. It is.
まず、騒音を時間的な流れで見た場合、(A)は、全く消音化をしていない場合の、ハンドピース内蔵マイク12と患者耳元マイク13とで取得される騒音を示している。ここで、ハンドピース内蔵マイク12の位相反転音だけを出力すると(B)となり、(A)において患者耳元マイク13で取得できる騒音と打ち消しあった結果、ハンドピースの音ずれと会話音声等が差分として、患者に聞こえる騒音となる。つまり、この処理による場合は、ハンドピースの音ずれに相当する騒音が患者に聞こえてしまい、ハンドピース騒音の完全無音化を実現することができない。
First, when the noise is viewed in a temporal flow, (A) shows the noise acquired by the handpiece built-in
次に、騒音をある瞬間における周波数成分で見た場合、(A)のある瞬間に相当する騒音の周波数成分表示が(D)に相当する。(B)のハンドピース内蔵マイク12の位相反転音を出力した場合は(E)に相当し、その結果が患者耳元マイク13の騒音の周波数成分表示は(F)になる。ここで、前記したようにALU20は、メモリ21に予め記憶されているハンドピース11の騒音域内にある騒音を抽出して音ずれに相当するデータを取得する。
Next, when the noise is viewed as a frequency component at a certain moment, the frequency component display of the noise corresponding to a certain moment in (A) corresponds to (D). When the phase inversion sound of the handpiece built-in
最後に、その音ずれ相当データに基づくALU20の制御下で、位相反転手段40は、ハンドピース内蔵マイク12からの騒音の位相を微調整し、理想的な位相反転音を出力する処理を行う。この処理に相当するのが(C)であり、その結果、周波数成分表示は、(G)のようになる。なお、騒音の位相の微調整方法はソフトウェア的な処理であり、本システムの本質には直接関連しないため、説明を省略する。また、ハンドピース11の騒音の音ずれ以外の騒音、例えば周囲で金属の皿を落としたときになる騒音等が、前記のハンドピース11の騒音域内に入るときにはその騒音は一緒に消音化されてしまうが、通常、不都合になることはない。
Finally, under the control of the
本システムでは、上記の騒音の音ずれ補正処理の過程において、ANC技術を利用している。既存のANC技術の利用方法は、ハンドピース内蔵マイク12からの入力音をA/D変換して得たデジタルデータを音源として使用する方法であるために、既述のとおり、広い周波数帯域に亘る処理(位相反転手段40の処理に相当する処理)を瞬時に行うのは非常に困難であった(これは、特に高周波部分では音声の周波数スペクトラム(解析)処理に時間を要するためである)。そこで本システムでは、ALU20が、位相反転手段40の位相と振幅の調整を制御するデータとしては患者耳元マイク13からのA/D変換22のデジタルデータを利用し、音源としてはハンドピース内蔵マイク12のアナログ値を扱う方法によって、ANC技術を利用しているため、前記のデジタルデータを音源とした場合の問題を避けることに成功している。
In this system, the ANC technology is used in the process of the above-described noise deviation correction process. Since the existing ANC technology is used by using digital data obtained by A / D converting the input sound from the handpiece built-in
気導騒音の音ずれ補正処理について説明したが、簡略化したシステム(図8)においては、気導の騒音取得手段としてハンドピース内蔵マイク12のみを用い、患者耳元マイク13からの取得音を用いた補正処理を行わずに、ハンドピース内蔵マイク12が取得したハンドピース騒音の位相反転音を出力する。本システムの場合、図6(B)を参照して説明したようにハンドピース騒音の音ずれに相当する音が患者に聞こえてしまうことになるが、この音ずれの騒音はハンドピースの騒音全体のうち5%程度であるため、これによっても、ハンドピースの騒音のほとんどを消音化することができる。
Although the description has been given of the process for correcting the deviation of the air conduction noise, in the simplified system (FIG. 8), only the
なお、歯牙圧着マイク14から取得した骨伝導の騒音についても、実際に患者に知覚される音との間に若干のずれが生ずるが、その振動ずれはほとんど無視できるレベルのものであるため、気導の音ずれの補正処理に相当するような補正処理は不要である。
Note that the bone conduction noise acquired from the
本システムにおいて、気導用スピーカ42は患者耳元マイク13と接近した位置に設けられるため、ハウリングが生じる可能性があるが、本システムはこのハウリング防止機能も備えている。この機能は、ALU20が気導用増幅手段41に加えて患者耳元マイク13からのA/D変換22も制御可能なことから、ハウリング状態になる手前でA/D変換22又は気導用増幅手段41を瞬時にオン/オフあるいは入出力レベルの制御を行うことで実現している。このようなハウリング防止の手法はそれ自体で公知であるので、詳細な説明を割愛する。
In this system, since the
以上に説明したハンドピース消音化システムによる処理フローを示すフローチャートである図9を参照して、以下、各ステップを説明する。 Each step will be described below with reference to FIG. 9 which is a flowchart showing a processing flow by the handpiece silencing system described above.
S1:ハンドピース内蔵マイク12から騒音(アナログ値)を取得する。
S1: Noise (analog value) is acquired from the
S2:AMP25によって、S1で取得したハンドピース内蔵マイク12の騒音を最適入力レベルに増幅する。
S2: The noise of the
S3:A/D変換手段24によって、S2で増幅されたレベルのハンドピース内蔵マイク12の騒音をアナログ値からデジタル値に変換する。
S3: The noise of the handpiece built-in
S4:ハンドピースの稼動状況(電源オンにおいて歯の切削に使用中であるか、単に口腔内で空転しているのか)を判定するため、ALU20が、S3でデジタル変換されたからハンドピース内蔵マイク12の騒音(デジタル値)の周波数帯域と、予めメモリ21に記憶させておいたハンドピース空転時の周波数帯域を比較する。判定方法は既述のとおりであり、その結果、切削中であると判定した場合(併せて図10も参照のこと)はS10とS20へ同時に移行し、空転中と判定した場合(併せて図11も参照のこと)はS20へ移行する。つまり、ハンドピースの稼動状況によらず、S20〜S22は常にその処理を行う。
S4: Since the
S10:S4においてハンドピース11が切削中であると判定された結果に基づき、骨伝導用入力制御手段30が、歯牙圧着マイク14の振動音(アナログ値)をシステム入力音波とする。
S10: Based on the result determined that the
S11:位相反転手段31は、歯牙圧着マイク14の振動音(アナログ値)を元に、その振動音を打ち消すための位相反転音を出力する。
S11: The phase inversion means 31 outputs a phase inversion sound for canceling the vibration sound based on the vibration sound (analog value) of the
S12:骨伝導用増幅手段32は、S11の出力である歯牙圧着マイク14の位相反転音を最適出力レベルに増幅する。
S12: The bone conduction amplifying means 32 amplifies the phase inversion sound of the
S13:骨伝導用スピーカ33は、S12が出力した歯牙圧着マイク14の位相反転音を、患者後頭部に振動音として伝える。この位相反転音が骨伝導用スピーカ33から出力されることにより、切削中に生じる振動音が打ち消される。
S13: The
S20:S4においてハンドピース11が切削中又は空転中であると判定された結果に基づき、位相反転手段40は、ハンドピース内蔵マイク12の騒音(アナログ値)を元に、その騒音を打ち消すための位相反転音を出力する。既述のとおり、このステップではハンドピース11の騒音の音ずれの消音処理が含まれている。
S20: Based on the result of determining that the
S21:気導用増幅手段41は、S20の出力であるハンドピース内蔵マイク12の位相反転音を最適出力レベルに増幅する。
S21: The air conduction amplifying means 41 amplifies the phase inversion sound of the
S22:気導用スピーカ42は、S21の出力であるハンドピース内蔵マイク12の位相反転音を患者耳元で出力する。この出力により、切削中に生じるハンドピース11本体から発せられる騒音が打ち消される。
S22: The
なお、既述のとおり、範囲(A)の間のS10からS12までのステップにおいて、ALU20は、歯牙圧着マイク14で取得した振動音のデジタルデータに基づいて、位相反転手段31,40の位相反転状況、骨伝導用増幅手段32と気導用増幅手段41での最適出力レベルを制御する役割を担っている。同様に、範囲(B)の間のS20からS21までのステップにおいては、ALU20は、ハンドピース内蔵マイク12と患者耳元マイク13で取得した騒音のデジタルデータに基づいて、骨伝導用入力制御手段30の入力切替タイミング、位相反転手段40の位相反転状況、気導用増幅手段41での最適出力レベルを制御する役割を担っている。また、ALU20は、S4でハンドピースの稼動状況を判定した後、その結果に応じて骨伝導用増幅手段32と気導用増幅手段41の機能のオン/オフを適宜切り替える役割も担っている。
As described above, in the steps from S10 to S12 during the range (A), the
ハンドピース内蔵マイク12については、ハンドピース11の切削ドリル15の高速回転によって生ずる騒音を忠実に取得する必要があり、このための必要条件について発明者が実験を重ねた結果、ハンドピース11の切削ドリル15から10mm〜30mm離れた位置にマイク12を内蔵させることが望ましいことを知見した。
Regarding the
切削ドリル15から10mmに満たない近接した位置にマイク12を設置した場合は、ハンドピース11の切削ドリル15の回転によって発生する騒音よりも、切削ドリル15を冷却するために同時に放出される冷却水の放水音を拾ってしまう。一方、切削ドリル15から30mmを越えて離れた位置にマイク12を設置した場合は、術者がハンドピ−スを握る部分に近くなってしまい、微妙な回転音が術者の手により吸収され、効果的に拾えないおそれがある。よって、ハンドピース内蔵マイク12の設置位置から切削ドリル15までの距離dは、10mm≦d≦30mmを満たすことが好ましい。
When the
10 騒音取得手段
11 ハンドピース(歯科治療器具)
12 ハンドピース内蔵マイク(第一のマイク)
13 患者耳元マイク(第三のマイク)
14 歯牙圧着マイク(第二のマイク)
15 ハンドピースの切削ドリル
16 ハンドピースの本体部
17 歯科治療椅子のヘッドレスト
20 演算/制御手段(ALU)(稼働判定手段、音ずれ補正手段)
21 メモリ
22,23,24 A/D変換手段
25 増幅手段(AMP)
30 骨伝導用入力制御手段(Comparator)
31 位相反転手段(Phase Inverter)(骨伝導用位相反転手段)
32 骨伝導用増幅手段(Bone Conduction AMP)
33 骨伝導用スピーカ(Bone Conduction)
40 位相反転手段(Phase Inverter)(気導用位相反転手段)
41 気導用増幅手段(Air Conduction AMP)
42 気導用スピーカ(Air Conduction)
10 Noise acquisition means 11 Handpiece (dental treatment instrument)
12 Microphone with built-in handpiece (first microphone)
13 Patient ear microphone (third microphone)
14 Tooth crimping microphone (second microphone)
15
21
30 Bone conduction input control means (Comparator)
31 Phase Inverter (Bone conduction phase inversion means)
32 Bone Conduction AMP
33 Bone Conduction Speaker
40 Phase Inverter (Air Induction Phase Inverter)
41 Air Conduction AMP
42 Air Conduction Speaker
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