JP2006239104A - 三素子を備えたセンサを用いた顎運動測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の顎運動測定装置は、患者に時間や場所の制約を強いることになる。習慣性の咀嚼運動を測定するために自然な姿勢で測定が可能で、患者への装着時間を含めた測定時間も短く、更に、大掛りな測定でなく、簡易な測定で更に高性能な測定が可能な顎運動測定装置を提供する。
【解決手段】上顎に対する下顎のX,Y,Z,Θx,Θy,Θzを測定する６自由度顎運動測定器において、上顎剛性支持体１に少なくとも３個の受光素子を備えた受光センサ３が３個以上と、下顎剛性支持体２に少なくとも異なる波長で発光する発光素子４、５、６が３個以上と、顎運動デ−タを記録する記録装置を有すること。
【選択図】図１

Description

上顎に対する下顎の動きを採得し、歯科治療や歯科学研究に用いる装置に関する。特に高次元の顎運動測定装置に関する。

顎運動測定装置とは、上顎と下顎の相対的な運動である顎運動を測定及び／又は観察する装置である。顎運動の測定、観察方法としては、解剖学的法、写真法、映画法、描記法、電気的測定法などを用いる。顎運動測定装置は下顎運動測定装置と表現する場合もある。
顎運動測定装置は上下顎をそれぞれ剛体と仮定し、上顎の測定エリア内での位置と方向及び下顎の位置と方向を測定することにより、相対的な上下顎運動として定量的に評価するものである。

これらの方法を使用して顎運動を測定する種類としては、開口量だけを測定する１自由度測定、ゴシックアーチ描記法のように平面内の１点の運動を測定する２自由度測定、生体に取り付けた１個の標点の３次元位置を測定する３自由度測定、２個の標点の３次元位置を測定する５自由度測定、上顎に対する下顎の相対運動としてＸ、Ｙ、Ｚ、Θｘ、Θｙ、Θｚを算出する６自由度測定がある。
特に高次元の顎運動測定装置としては、Ｘ、Ｙ、Ｚの３要素で表される３次元測定装置とＸ、Ｙ、Ｚ、Θｘ、Θｙ、Θｚの６要素で表される顎運動測定装置がある。上下顎の各剛体の位置を検出するには、剛体上の１点にＸ、Ｙ、Ｚ、Θｘ、Θｙ、Θｚの６要素や、剛体上の３点にそれぞれＸ，Ｙ，Ｚの３要素等を検出する必要がある。

顎運動測定装置は、上下顎歯列にシーネを介して剛性支持体を取り付けられる。顎機能の異常は顎運動測定装置から得られるデータをもとに歯科医師が診断する。顎機能を評価する要素としては、各種限界運動の大きさ、運動路の滑らかさ、運動の再現性、運動の対称性、顆路の収斂度などが挙げられる。顎運動測定装置は各種測定原理が異なるものがあり、近年では磁気、光、機械式が一般的となっている。

磁気を利用した顎運動測定装置は、測定エリアに磁場を発生させ、センサとなるコイルを上下顎にシーネ又は剛性支持体を介して取り付けるものである。測定時には測定エリア内でのコイルの位置や方向によって、磁場の影響を受けるために、コイルは位相の変化を出力することになる。よって、測定エリア内に金属が存在すると測定データに影響を与えるため正確な測定が困難になるという問題を抱えていた。

光を利用する顎運動測定装置は、通常発光ダイオードは上下顎剛性支持体に各３個以上取り付けられており、センサとなる各カメラで各発光ダイオードの位置を検出するものである。
よって測定時に蛍光灯の光などの外乱光がある場合はその光を検出するために正確な測定ができなくなる場合があり、歯科用チェアサイドで測定することは困難であった。
機械式を利用する顎運動測定装置は、上顎剛性支持体に複数のセンサを装備し、下顎の動きを上顎剛性支持体に取り付けられたセンサで検出するものである。
ここでのセンサは、機械的な接触を基準として位置関係を算出するものである。この方法は光や磁場の影響を受けにくく、高精度な測定が可能である半面、上顎に複数のセンサが装備されているため、患者装着部である剛性支持体の重量が重く患者への装着も困難で、患者や術者の負担が大きいという欠点があった。

磁場や光を使った顎運動測定装置は、患者装着部が軽量な上、取り扱いが簡便で術者や患者の負担が少ないため、短時間で測定が可能である。しかし、測定環境の影響を受けやすく、磁場であれば測定エリアに金属が存在するため、光であれば蛍光灯などの光を遮断する必要があるため、患者は歯科用チェアと別の専用スペースに移動しなければならず歯科医院での測定には不向きである。
また、機械式の顎運動測定装置では測定環境での影響を殆ど受けずに顎運動を測定できるため、歯科用チェアでの測定は可能である。しかし、患者装着部の重さや操作性に問題点があり、測定時間や装着時間が長時間になるという欠点があった。

特開2004-195151顎運動測定装置には、下顎の特定点位置の移動軌跡を測定する顎運動測定装置に関し、詳しくは顎運動測定装置の分野においてチェアーサイドで測定できる顎運動測定装置や、口腔内データを基に患者の口腔内の動きをパソコン上で再現する顎運動測定装置に関し、歯科用チェアに患者が座った状態の上顎又は頭部と下顎の運動範囲を測定エリアとし、歯科用チェア以外の専用スペースを必要とせず、蛍光灯等の外乱光の影響を受けにくい光学式の顎運動測定装置が紹介されている。しかし、上下顎にシーネを装着しなければならないため操作時間がかかるという問題があった。

特開2004-167032 顎運動測定装置およびその測定方法 には、人体の下顎部に取り付ける少なくとも１個の永久磁石と、前記永久磁石によって生ずる磁気を検出するために人体の頭部に取り付ける少なくとも６軸分の磁気センサと、地磁気センサを含み前記頭部に装着されて前記頭部の傾斜および方向を検出する姿勢角度検出装置と、前記磁気センサおよび前記姿勢角度検出装置の出力結果を記憶する記憶装置と、前記出力結果から前記永久磁石の空間上の位置および変位を算出する演算手段とを備えることを特徴とする顎運動測定装置が紹介されている。しかし、測定エリア内にある金属の影響を受ける問題があった。

特開2004-081865 顎運動測定装置及び測定方法には、患者の顎運動の回転中心と前記回転中心の移動軌跡を測定できる顎運動測定装置として、患者の顔左右側面にそれぞれ付着される一対の固定マーカーと、前記固定マーカーとそれぞれ所定の間隔を置いて対向された状態で患者の下顎の動きに連動して移動可能に配置された一対の移動マーカーと、前記移動マーカーと前記下顎を連結する連結手段と、前記下顎の動きによる前記固定マーカーに対する前記移動マーカーの相対的な移動を撮影する複数のカメラと、前記カメラと連結されて前記カメラからイメージ信号を受信し処理する制御手段とを含むことを特徴とする顎運動測定装置が紹介されている。しかし、外乱光の影響によって誤差が大きくなるという問題があった。

特開2002-336282 剛体運動測定方法、剛体運動測定装置、剛体運動測定プログラム、顎運動測定方法、顎運動測定装置および顎運動測定プログラム には、相互に相対運動をする第一の剛体および第二の剛体にそれぞれ複数のマーカーを取付け固定するマーカー取付け工程と、相対運動中の前記複数のマーカーの三次元座標を測定する三次元測定工程と、相対運動中に得られた前記三次元座標測定値から、第二の剛体と特定の位置関係をもつ特定点の三次元座標および三次元回転角を、第一の剛体に固定した座標系を基準にして演算する三次元六自由度演算工程を有する剛体運動測定方法において、相対運動中の第一の運動位置と第二の運動位置で得られた、前記特定点の二個の三次元六自由度演算結果から、第一の剛体に固定した座標系を基準にした、前記特定点の第一の運動位置から第二の運動位置への運動位置の変化をあらわす行列を演算する運動行列演算工程と、前記演算で得られた運動行列を、剛体の回転座標系基準の回転運動行列に変換し、第二の剛体の回転運動特性値を演算する回転運動演算工程を有することを特徴とする剛体運動測定方法が紹介されている。しかし、装置が大掛りなため広い測定エリアを確保する必要があった。

特開平07-308329 下顎運動測定装置には、下顎の特定点位置の移動軌跡を測定する下顎運動測定 装置であって、左右に各々２個の発光ダイオードを備えて上顎に固定するフェースボーＵと、左右に各々２個の発光ダイオードを備えて下顎に固定するフェースボーＬと、前記フェースボーに取付けられた左側の４個の発光ダイオードの３次元位置を求めるためのカメラＬと、前記フェースボーに取付けられた右側の４個の発光ダイオードの３次元位置を求めるためのカメラＲと、前記カメラより得られた８個の３次元位置データより、前記フェースボーＬの座標系ΣL より前記フェースボーＵの座標系ΣU に変換する変換係数を算出するΣL ／ΣU 変換係数算出手段と、前記座標系ΣL 上の点Ｐの位置を前記ΣL ／ΣU 変換係数算出手段の算出値と、座標系ΣU から測定座標系ΣH への変換係数より座標系ΣH に変換するΣL ／ΣH 変換手段と、前記ΣL ／ΣH 変換手段で変換された前記点Ｐの３次元位置を出力する出力手段と、を備えたことを特徴とする下顎運動測定 装置が紹介されている。しかし、装置が大掛りなため測定エリアが限定される問題があった。

特開2004-195151 特開2004-167032 特開2004-081865 特開2002-336282 特開平07-308329

従来の顎運動測定装置は、患者に時間や場所の制約を強いることになる。習慣性の咀嚼運動を測定するために自然な姿勢で測定が可能で、患者への装着時間を含めた測定時間も短い顎運動測定装置が求められている。
更に、大掛りな測定でなく、簡易な測定で更に高性能な測定が可能な顎運動測定装置が求められている。

本発明は 上顎に対する下顎のX,Y,Z,Θx,Θy,Θzを測定する６自由度顎運動測定器において、上顎剛性支持体に少なくとも３個の受光素子を備えた受光センサが３個以上と、下顎剛性支持体に少なくとも異なる波長で発光する発光素子が３個以上と、顎運動デ−タを記録する記録装置を有することを特徴とする顎運動測定装置である。

本発明は、小型軽量の顎運動装置であり、院内のチェアサイドだけでなくそれ以外の場所でも顎運動を測定できる。また、測定時間の短縮が可能なためさらには、操作が簡便なため、術者や患者の負担を減らすことができる。

（装置の構成）
本顎運動測定装置の上顎剛性支持体は人体上顎位置に取り付けられる形態であれば問題ないが、例えば耳掛けと鼻置きを有する支持体を介して上顎に固定することにより容易に固定ができる。
上顎剛性支持体に取り付けられる３個の受光素子を備えた受光センサとは、下顎に取り付けられた発光素子の発光を個別に検知できる受光素子を備えており、常時受光し検知できるものである。1個の受光素子を備えたセンサーでは顎運動を測定する範囲では場所を取るためその制約のため複数個の使用ができなったが、３個の受光素子を備えた受光センサでは測定を可能とした。
各センサーは、３〜１５ｃｍ離して設置することができるが、好ましくは５〜１０ｃｍ離して更には、６〜８ｃｍ離して設置することが好ましい。
更に正3角形に設置することが好ましい。
下顎剛性支持体は、下顎中切歯に接着材やセメントで接着する。下顎剛性支持体に装備する発光素子は3個が好ましく、更に好ましくは上顎剛性支持体に取り付けられた受光センサが受光素子の数だけ受光できる様に更に個数を増やして発光素子を設置することができる。好ましくは概ね、上下顎の安静位において、受光センサーの下方向に発光素子を１つ有することが好ましい。
記録装置は受光素子が感知したデータを記録する部分で通常はコンピュータを用いる。
また、これらに受光センサーを制御する装置として、コンピュータを用いる。
（発明の装置を利用した測定方法）
上顎剛性支持体を頭部、下顎剛性支持体をシーネを介して下顎歯列に取り付ける。
本顎運動測定装置を用いたデータの採取方法は 各センサの受光素子から得られる電圧により３箇所に配置された受光センサから発光素子ＬＥＤの距離を算出する。これを各ＬＥＤに対して算出する。結果、上顎の受光素子を備えた受光センサが下顎のＬＥＤまでの距離を算出し、その受光センサが３個有するため、上顎の受光センサ３個と下顎のＬＥＤ３個までの９種類の距離データを得ることができる。各受光センサ間の距離や各ＬＥＤ間の距離は事前に決まっている為、測定装置から得られるデータからはＸ，Ｙ，Ｚ、θx、θy、θzの６自由度のデータを算出することができる。また、各受光センサはフォトダイオードであり、１秒間に1000個以上の６自由度データが得られるため、従来に比べて正確なデータを算出することができた。
患者にグミやガムなどの比較的やわらかいものを右の臼歯で咀嚼させて、そのときの運動を測定することができた。また、左の臼歯の場合も同様に測定する。

上顎剛性支持体とは３個以上のセンサを取り付けられる剛性が確保されたものであれば何でもよいが、好ましくは平面板である。
下顎剛性支持体とは３個以上のLEDを取り付けられる剛性が確保されたものであれば何でもよいが、好ましくは平面板である。
受光素子とは、LEDの光量によって出力が変化するものであれば何でもよいが、好ましくはフォトダイオ−ドであり、さらに好ましいのは受光面にフィルタを備えたフォトダイオ−ドである。もっとも好ましいのは３個の受光素子が１パッケ−ジになっているものである。
発光素子とは、光を放つまたは反射するものであればなんでもよいが、好ましくはLEDであり、さらに好ましいのは420〜500nm、500〜600nm、600〜700nmで発光するLEDである。
顎運動を記録する記録装置とは、顎運動デ−タを記録できるものであれば何でもよいが、好ましくはRAMであり、さらに好ましいのは磁気ディスクである。

本発明の顎運動測定装置を装着した時の斜視図

符号の説明

１．上顎剛性支持体
２．下顎剛性支持体
３．受光センサ
４．発光素子（青）
５．発光素子（赤）
６．発光素子（緑）

Claims (1)

1. 上顎に対する下顎のX,Y,Z,Θx,Θy,Θzを測定する６自由度顎運動測定器において、上顎剛性支持体に少なくとも３個の受光素子を備えた受光センサが３個以上と、下顎剛性支持体に少なくとも異なる波長で発光する発光素子が３個以上と、顎運動デ−タを記録する記録装置を有することを特徴とする顎運動測定装置。

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