JP2013048680A - 咬合圧測定器、咬合圧測定システム - Google Patents

Abstract

【課題】より簡易にかつ精度よく咬合圧測定結果と歯列との位置関係を把握することが可能な咬合圧測定器を提供する。
【解決手段】咬合圧を測定可能なセンサ部１０と、該センサ部からの情報を伝達する本体２０とを備え、センサ部は、複数の層を有する積層体であり、複数の層のうち少なくとも一層は咬合圧を検知可能な感圧層であり、センサ部の最外層は咬合圧により変形し、咬合圧が除圧されても変形を保持することが可能な形状転写層である、咬合圧測定器１である。
【選択図】図１

Description

本発明は、歯科分野で行われる咬合圧測定の際に用いられる咬合圧測定器、及びこれを備える咬合圧測定システムに関する。

咬み合わせの異常は顎関節症や歯槽膿漏等の要因の１つであるため、その症状がみられる局部的な部位の治療に加え、咬み合わせを考慮した根本的で総合的な治療が行われることが望ましい。咬み合わせの異常は、咬み合わせの圧力の異常、すなわち咬合圧の異常として検知することができる。従来において、このような咬合圧を得るための手段としては、圧力の大きさに応じて異なる濃さの色を呈するシート状のプレスケールがあり、患者が当該プレスケールを咬むことにより咬合圧分布を定量的に把握できた。

また、近年では電気的な情報によりデータとして咬合圧を把握し、例えばリアルタイムに咬合圧の変化を把握することができる咬合圧測定器やこれを用いた咬合圧測定方法、システム等が提案されている（特許文献１、２）。このような咬合圧測定器等では、咬合圧を検知するセンサ部が、歯列による加圧力に応じて電気抵抗が変化する薄膜パターンと、該薄膜の上下に一定間隔でマトリクス状に配設された電極と、を有するフィルム状に形成されており、咬合力に基づいて変化する電気抵抗値を取得することによりリアルタイムに咬合圧の変化を表示することができるように構成されている。

ところで、このような咬合圧測定器では、上記センサ部の作用により咬合圧の分布を得ることができるものの、これら咬合圧の発生が歯列のどの部位であるかを特定することが困難であった。咬合圧分布を得ることができてもこれが歯列のどの部位で生じているかがわからないと、得たデータを実質的に治療に用いることは難しく、参考程度にしか活用ができないという問題があった。これに対して、特許文献１、２では歯列の位置決めに対する工夫がなされている。特許文献１には、歯列に印記材を塗布してセンサを咬むことによってセンサに印記材を転写し、該転写された印記材による歯列情報を表示画面上の咬合圧データと目視により比較して、歯列位置と咬合圧との位置関係を把握することが開示されている。特許文献２には、咬合圧測定をする前に印象材により患者ごとに歯型模型を作製し、その後この歯型模型に合わせてシート状のセンサを挿入して位置を同定することが開示されている。

特開２００５−２７０１４３号公報 特開２００５−８７６４６号公報

特許文献１、２によれば、それ以前の咬合圧測定器に比べて咬合圧の分布と歯列位置との関係を把握することができるようになった。しかしながら、特許文献１においては当該位置関係の把握が目視によるものであり、さらなる精度向上が望まれていた。特許文献２においては、咬合圧測定の前に印象材による歯型模型を作製する必要があるので作業が煩雑となり、施術者及び患者の手間が大きかった。

そこで本発明は、上記問題点に鑑み、より簡易にかつ精度よく咬合圧測定結果と歯列との位置関係を把握することが可能な咬合圧測定器を提供することを課題とする。また当該咬合圧測定器を用いた咬合圧測定システムを提供する。

以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。

請求項１に記載の発明は、咬合圧を測定可能なセンサ部（１０）と、該センサ部からの情報を伝達する本体（２０）とを備え、センサ部は、複数の層を有する積層体であり、複数の層のうち少なくとも一層は咬合圧を検知可能な感圧層（１１）であり、センサ部の最外層は咬合圧により変形し、咬合圧が除圧されても変形を保持することが可能な形状転写層（１４）である、咬合圧測定器（１）である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の咬合圧測定器（１）において、感圧層（１１）の両面のそれぞれには有機トランジスタにより形成される電荷を伝達する電荷移動層（１２）が配置される。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の咬合圧測定器（１）において、感圧層（１１）は絶縁性の高い樹脂中に導電体の粒子が分散されて形成されていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、咬合圧を測定し、その結果を表示可能な咬合圧測定システム（３０）であって、請求項１〜３のいずれか一項に記載の咬合圧測定器（１）と、形状転写層（１４）に形成された歯列形状に基づく形状を電気的な情報に変換する形状測定手段（３２）と、咬合圧測定器（１）から伝達される咬合圧情報及び形状測定手段からの電気的な信号を処理し、咬合圧の発生位置と歯列形状の位置とを対応させるとともに、咬合圧及び歯列形状を数値、画像及び映像の少なくとも１つで表示可能とする情報処理手段（３３）と、を有する咬合圧測定システムである。

本発明によれば、従来に比べてより簡易に、かつ精度よく咬合圧測定結果と歯列との位置関係を把握することが可能となる。

１つの実施形態に係る咬合圧測定器の外観斜視図である。 センサ部の層構成を模式的に表した図である。 咬合圧測定システムの構成を概念的に説明する図である。

本発明の上記した作用及び利得は、次に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。以下、本発明を図面に示す実施形態に基づき説明する。ただし本発明はこれら実施形態に限定されるものではない。

図１は、１つの実施形態に係る咬合圧測定器１の外観を表した斜視図である。咬合圧測定器１は、センサ部１０と本体２０とを有している。図２にはセンサ部１０の層構成を模式的に示した。

センサ部１０は咬合圧を検知するとともに、歯列の形状を転写する手段を備える部位である。図１、図２からわかるように、センサ部１０は、所定の厚さを有する積層体の材料がシート状に形成されている。また、センサ部１０は口腔内に入れやすいように概ね弓状とされ、これは歯列弓形状に見合ったものとされている。

図２からわかるように、センサ部１０はその厚さ方向に複数の層を有する積層体であり、詳しくは、センサ部１０は、感圧層１１、電荷移動層１２、外皮層１３、及び形状転写層１４を備えている。

感圧層１１は、咬合圧を検知する部位である。本実施形態では、変形により電気抵抗値が変化する材料により形成されており、具体的にはシリコンゴム基材中に鉄の粉末（鉄粉）が分散された部材により構成されている。すなわち、感圧層１１に咬合圧がかかると該層が咬合圧の大きさに基づいて変形し、鉄粉間の距離を変化させる。詳しくは、感圧層１１の変形により鉄粉間の距離が縮まった部分は電気抵抗値が下がり、感圧層１１の変形により鉄粉間の距離が広がった部分では電気抵抗値が上がる。これによりその部位における咬合圧を電気的な信号として得ることが可能となる。

ここで、咬合圧を検知する分解能は鉄粉のかさ密度に影響される。すなわち、かさ密度が大きい場合には分解能が低下し、かさ密度が小さい場合は分解能が向上する。
またダイナミックレンジはシリコンゴム基材中における鉄粉の分散密度に影響される。すなわち、同じ鉄粉の量であれば、シリコンゴム基材が薄くなると相対的に鉄粉の分散密度が上昇してダイナミックレンジが低下する。逆にシリコンゴムの基材を厚くすれば分散密度が低下するためダイナミックレンジを高く確保できる。ここでダイナミックレンジとは、識別可能な信号の最小値と最大値との比率である。

本実施形態では、シリコンゴム基材中に鉄粉が分散された部材により感圧層１１を形成する例を説明したが、同様の効果を奏する材料であれば特に限定されるものではない。すなわち、弾性に富み、及び電気的に絶縁性の高い基材中に、導電性の高い粉末、粒子状の材料が分散されていればよい。具体的には、基材は樹脂、ゴム素材等を用いることができる。また導電性の高い粉末、粒子としては、鉄粉の他、銅、銀、金等の金属粉末、金属粒子、炭素粉末、炭素粒子、その他、導電性粉末、導電性粒子を挙げることができる。

電荷移動層１２は、感圧層１１の表裏面のそれぞれに配置され、電荷の移動を許容、禁止して感圧層１１の状態に基づいた信号を伝達する層である。より詳しくは、電荷移動層１２は、素子１２ａが所定の間隔で碁盤目状に配列されて形成されている。従って、図２では一方の方向の配列状態が表れているが、図２の紙面奥／手前方向についても同様に素子１２ａが並べられて配列されている。

電荷移動層１２は、電荷を移動する機能の他、熱的な安定性が高く、可とう性に優れることが好ましい。このような観点から、電荷移動層１２には素子１２ａとして有機トランジスタを用いることができる。
有機トランジスタは、炭素を骨格として他の元素を結合させてなる有機半導体にドレイン、ソース、ゲート端子を設けてトランジスタとしてスイッチング機能を有する微小素子である。有機トランジスタはフィルム（本実施形態の場合には外皮層１３）上に室温程度のプロセス温度で塗工することが可能である。塗工の方法は特に限定されるものではないが、例えばインクジェット方式、ロールを用いたグラビア印刷方式等を挙げることができる。従って、従来に比べてセンサ部１０の製造が非常に容易となる。

このように電荷移動層１２に有機トランジスタを用いることにより、そのスイッチング機能で計測上の外乱を抑制し、計測安定性を高めることができるので、より信頼性が高い計測結果を得ることが可能となる。電荷移動層１２における素子１２ａの配列密度は、咬合圧測定の解像度が０．２ｍｍ程度となるような配置が好ましく、これによれば、とりわけ高い精度で咬合圧分布を得ることができる。具体的には素子１２ａのピッチが０．１ｍｍ〜１．０ｍｍであることが好ましい。

また、有機トランジスタによれば、電荷移動層の可とう性を高く形成することができ、積層されたシート（外皮層１３）に対して追随性に優れる。これにより外皮層１３や感圧層１１の変形によく追従するので、外皮層１３や感圧層１１が咬合圧により歯牙表面の凹凸に沿って変形したときにもこれに追随して精度よく変形して作動する。従って、得られる咬合圧の精度を向上させることが可能となる。

外皮層１３は、電荷移動層１２のうち上記感圧層１１とは反対側に積層される層であり、後述する形状転写層１４を貫通した被験者の歯牙が直接触れる部位である。そして、一方の外皮層１３と他方の外皮層１３との間に備えられる電荷移動層１２や感圧層１１等を保護し、電荷移動層１２を固定するとともに、絶縁部材としても機能する。また、外皮層１３はヒータ等により加熱して変形できるような材料が好ましい。かかる観点から、外皮層１３として例えば水添スチレン−イソプレンブロック共重合体のような材料を用いることができる。

また、図示はしないが、外皮層１３と電荷移動層１２の間には導電体のパターンが形成されている。導電体のパターンは素子１２ａと電気的に接続されるように構成されている。さらに、導電体のパターンからは導電性部材が延在し、後述するように、該導電性部材が本体２０と電気的に接続される。導電体のパターンは印刷等により形成することができる。また、導電性部材は、導電線を用いることができ、絶縁性接着剤や、熱的な溶着により外皮層１３に固定される。

形状転写層１４はセンサ部１０の最表面に積層される層であり、被験者の歯牙が直接触れる層である。形状転写層１４は被験者がセンサ部１０を咬んだときに歯牙が触れた部分において該歯牙の表面形状に沿って変形し、センサ部１０を被験者の口から取り出した後（すなわち除圧後）も当該変形が残るような材料により形成されている。このような材料であればその種類は特に限定されることはないが、口腔内に挿入されること等の観点から、歯科用のワックスに用いられる材料を好ましく適用することができる。

形状転写層１４の層厚は特に限定されることはないが、あまり薄いと形状が適切に転写されない可能性があり、逆に厚すぎると咬合圧自体に影響を与えてしまう可能性がある。かかる観点から、形状転写層１４を構成する材料の物性にもよるが、層厚は１つの形状転写層１４あたり１ｍｍ程度であることが好ましい。

また、以上説明したセンサ部１０には、基準点が設けられていてもよい。すなわち、感圧層１１、電荷移動層１２により電気的に検知することができる所定の位置を基準点として設けておく。さらにセンサ部１０の当該基準点に対応する位置には後述する形状測定手段３２（図３参照）で読みとることができる基準点（印等）を設けておく。これにより、当該形状測定手段で読みとることができる基準点と、上記電気的に検知できる基準点とに基づいてこれらを一致させることで、咬合圧データと形状転写層における位置との位置合わせを精度よく、容易に行うことができる。

図１に戻って咬合圧測定器１について説明を続ける。本体２０は、センサ部１０により検知された咬合圧に関する電気的データを中継ボックス３１や情報処理手段３３に伝送する手段である（図３参照）。センサ部１０と本体２０とは、次のように連結されている。すなわち、上記したように、外皮層１３の面のうち、電荷移動層１２側に不図示の導電体パターンが形成されている。そして当該導電体パターンから導電性部材が延び、これが本体２０に電気的に接続されている。従って、感圧層１１、電荷移動層１２は、導電体パターン及び導電性部材を介して本体２０に電気的に接続可能とされている。

さらに本体２０からは、その電気信号を外部に出力し、また、外部からの信号を本体２０に入力可能とする入出力ケーブル２１が設けられている。

このような咬合圧測定器１によれば、センサ部１０の感圧層１１及び電荷移動層１２等により咬合圧の経時変化を測定することができるとともに、形状転写層１４により歯列形状を得ることができる。すなわち、咬合圧と歯列形状を把握するためのデータとを同時に取得することができるので、被験者は歯列形状を得るために再度何かを口腔内に入れる必要がなく簡易である。
また、後述するように形状転写層１４に形成された歯列形状を形状測定手段３２（図３参照）によりデータ化すれば咬合圧データと合成して、咬合圧が発生している位置を正確に把握することができる。

さらに電荷移動層１２が有機トランジスタにより構成されていれば、センサ部１０において、その各構成が可とう性に優れており、歯牙表面の凹凸に追随して咬合圧を検知することができる。従って、検知される咬合圧が、実際に生じている咬合圧に対して正確である。
また、センサ部１０の電荷移動層１２に有機トランジスタを用いることにより、該層を外皮層に積層することが容易であり、印刷やいわゆるロールツーロール（Ｒｏｌｌ ｔｏ Ｒｏｌｌ）プロセスを用いることができ、生産性を向上させることが可能である。

また、従来の咬合圧測定用のシートでは、歯列の表面形状にできるだけ沿うように薄くする必要があった。これに対して咬合圧測定器１のセンサ部１０は可とう性が高く、変形に対する追従性も優れるので、薄いことは好ましいが、必ずしも従来の測定用シートのような厚さを必要としない。具体的には形状転写層１４を除いた厚さを２０μｍ〜５００μｍとしても精度良く咬合圧を測定することが可能である。

次に、上記した咬合圧測定器１を用いた咬合圧測定システム３０について説明する。図３にシステム構成を概略的に示した。咬合圧測定システム３０は、上記した咬合圧測定器１に加え、中継ボックス３１、形状測定手段３２、及び情報処理手段３３を備えている。ここで、中継ボックッス３１と情報処理手段３３とはケーブル３４により電気的に接続されており、形状測定手段３２と情報処理手段３３とはケーブル３５により電気的に接続されている。

咬合圧測定器１は上記した通りであり、ここでは説明を省略する。
中継ボックス３１は、咬合圧測定器１からの情報を受信し、微弱な信号を増幅して情報処理手段３３に発信する機能を有している。従って、中継ボックス３１は、咬合圧測定器１の入出力ケーブル２１が接続可能な接続端子を有し、ここに入出力ケーブル２１が接続されている。また、その内部には咬合圧測定器１からの信号を増幅する増幅器を備えている。増幅器は公知の信号増幅手段を用いることができる。さらに、中継ボックス３１には、増幅した信号を情報処理手段３３に発信するための出力用の接続端子が設けられている。具体的にはケーブル３４が接続される。
本実施形態では、中継ボックス３１を咬合圧測定器１とは別に設けた例を説明したが、中継ボックス３１の機能を咬合圧測定器１の本体２０内に含めてもよい。

ケーブル３４は中継ボックス３１と情報処理手段３３とを情報の送受信が可能となるように電気的に接続する部材である。その形態は特に限定されることはないが、取り扱いの容易からＵＳＢケーブルを用いることができる。

形状測定手段３２は、咬合圧測定器１の形状転写層１４に転写された歯列形状を電気的な形状データに変換する手段である。これにより、歯列形状をデータ化することができ、情報処理手段３３による処理が可能となる。形状測定手段３２はこのような機能を有していれば特に限定されるものではないが、例えば３次元測定機、スキャナー装置等を挙げることができる。

ケーブル３５は形状測定手段３２と情報処理手段３３とを情報の送受信が可能となるように電気的に接続する部材である。その形態は特に限定されることはないが、取り扱いの容易からＵＳＢケーブルを用いることができる。

情報処理手段３３は、ケーブル３４を介して中継ボックス３１から送られてきた咬合圧情報を含んだ信号、及びケーブル３５を介して形状測定手段３２とから送られてきた歯列形状情報を含んだ信号に対し、予め定められた所定の処理をし、数値化、画像化、映像化等をおこなう手段である。
従って情報処理手段３３は例えば、中継ボックス３１、形状測定手段３２からの信号が入力される入力ポート、予め所定の演算式の必要な情報が記録された記憶装置（ＲＯＭ）、演算を行う中央演算子（ＣＰＵ）、作業領域や一時的な情報の保存領域として機能するＲＡＭ、及び演算結果を出力する出力ポートを備えている。従って市販のパーソナルコンピュータを用いることも可能である。また、情報処理手段３３には、演算結果である数値化、画像化、映像化等された情報を表示する手段を備えている。具体的にはパーソナルコンピュータのモニター等を挙げることができる。

より詳しくは、情報処理手段３３では、電荷移動層１２における素子１２ａの配置分布に基づいて、素子１２ａの個々から伝達される電流情報（すなわち咬合圧に基づく電流値）を咬合圧に変換する。これにより咬合圧情報を得ることができる。得られた咬合圧情報は数値で表す他、色彩、濃淡等により視覚的に表わすように処理してもよい。その際には２次元的、３次元的にすることもできる。

また、情報処理手段３３では形状測定手段３２からの歯列形状情報に基づいてデータ化された信号を歯列形状として視覚的に表すように処理する。

さらに、情報処理手段３３は、上記咬合圧情報と歯列形状情報とを合成して咬合圧発生位置と歯列形状位置とが適切に対応するように表示する処理をする。このときセンサ部１０に上記した電気的に検知できる基準点、及び形状測定手段で読みとることができる基準点を設けた場合には、これらの位置を一致させるように処理すればよい。また、このように基準点を設けなかった場合でもセンサ１０の特徴的な位置（例えば角部等）を基準に当該処理をしてもよい。

すなわち、情報処理手段３３には、以上の各処理をするためのプログラムが備えられ、入力された各種データに基づいて演算をおこなうことができるように構成されている。

このような咬合圧測定システム３０により、例えば次のように測定を行う。
咬合圧測定器１のうち、センサ部１０を被験者が咥え、被験者にセンサ部１０を咬んでもらう。このとき測定開始時にセンサ部１０内に電圧を生じさせる。そして咬合圧に比例した電気的な信号が所定の閾値以上に達した場合に有機トランジスタ（電荷移動層）により通電が開始されて電流が流れる。この電流の値を計測することにより、該電流値と関連付けられた咬合圧を得ることができる。また、このように電流値そのものを読み取る以外にも電気抵抗計を設けてその電圧値を読み取ることにより間接的に電流値を計算で算出する方法でもよい。

被験者がセンサ部１０を咬むことにより、センサ部１０に咬合圧に基づいた電気的な情報が生じ、これが中継ボックス３１に伝達される。中継ボックス３１では、ここに備えられる増幅器の作用によりセンサ部１０で生じた電気的な情報が増幅され、情報処理手段３３に伝達される。そして情報処理手段３３により上記の情報処理が行われ、施術者や被験者等に各種情報が提供される。

一方、被験者により咬まれたセンサ部１０を当該被験者の口腔内から取り出し、このセンサ部１０を形状測定手段３２にセットする。そして形状測定手段３２により、センサ部１０の形状転写層１４に形成された歯列形状の形状測定が行われ、歯列形状がデータ化される。

その後、情報処理手段３３により上記した情報処理が行われ、歯列形状が表示されるとともに、該表示された歯列形状に対応した位置に咬合圧データが出力される。

咬合圧測定システム３０によれば、上記したように歯列形状と咬合圧が発生する部位との位置合わせが精度良く行われている。従って咬合圧の発生に関する情報をより正確に知ることが可能となる。
また、その際には被験者はセンサ部１０を一度咬めばよいので被験者にとっても施術者にとっても負担を減らすことができる。

ここで、センサ部１０において、有機トランジスタを用いれば、可とう性に優れており、歯牙表面の凹凸に追随して咬合圧を検知することができる。従って、検知される咬合圧が、実際に生じている咬合圧に対してさらに正確とすることができる。

なお、本実施形態では電荷移動層に有機トランジスタを適用したが、本発明はこれに限定されることはなく、公知の他の電荷移動層を用いることが可能である。本実施形態では上記のようにより正確な咬合圧を得ることができる利点から有機トランジスタを適用する例を説明した。
また、感圧層や外皮層についても同様に本実施形態に限定されることなく公知の構成を用いることができる。

１ 咬合圧測定器
１０ センサ部
１１ 感圧層
１２ 電荷移動層
１３ 外皮層
１４ 形状転写層
３０ 咬合圧測定システム
３２ 形状測定手段
３３ 情報処理手段

Claims (4)

1. 咬合圧を測定可能なセンサ部と、該センサ部からの情報を伝達する本体とを備え、
   前記センサ部は、複数の層を有する積層体であり、
   前記複数の層のうち少なくとも一層は咬合圧を検知可能な感圧層であり、
   前記センサ部の最外層は前記咬合圧により変形し、前記咬合圧が除圧されても前記変形を保持することが可能な形状転写層である、
   咬合圧測定器。
2. 前記感圧層の両面のそれぞれには有機トランジスタにより形成される電荷を伝達する電荷移動層が配置される請求項１に記載の咬合圧測定器。
3. 前記感圧層は絶縁性の高い樹脂中に導電体の粒子が分散されて形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の咬合圧測定器。
4. 咬合圧を測定し、その結果を表示可能な咬合圧測定システムであって、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の咬合圧測定器と、
   前記形状転写層に形成された歯列形状に基づく形状を電気的な情報に変換する形状測定手段と、
   前記咬合圧測定器から伝達される咬合圧情報及び前記形状測定手段からの電気的な信号を処理し、前記咬合圧の発生位置と前記歯列形状の位置とを対応させるとともに、咬合圧及び歯列形状を数値、画像及び映像の少なくとも１つで表示可能とする情報処理手段と、
   を有する咬合圧測定システム。

Images