JP3727918B2 - 顎運動測定装置およびその測定方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人体の顎関節の動きを立体的に観測し、顎関節や口腔内の疾患の検査、診断などに用いる顎運動測定装置およびその測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の顎運動（顎関節の運動）の測定法は、測定に使用する媒体などにより、いくつかの種類に分けられるが、被験者の口腔内の下部、主に下部中切歯に専用の装具を用いて光、磁気、電波などの信号の発信源を取り付け、頭部の周辺に信号を受信するアンテナやセンサを設置して、被験者が顎運動を行うことで生ずる発信源からの信号の変化を検出するものが一般的である。
【０００３】
例えば、３次元の顎運動を光学的に測定して表示する技術が次の特許文献１に開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１１２７４３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の測定方法では、頭部の揺動などによる外乱のゆえに測定精度の劣化がおこりやすい。その対策として、被験者の頭部を測定器具に固定する方法、または信号発信源を複数取り付け、これらの相対距離を測定するといった方法で外乱の影響を抑制している。
【０００６】
しかし、前者は、頭部の拘束を伴うため被験者の不自由度が大きい。また、後者は、複数の発信源を正確に捉えるため、多数のセンサを頭部の近傍に配置する必要がある。実際には、大型のスタンドに取り付けた多数のセンサを被験者の頭部近傍に配置し、被験者は専用のシートに腰掛けて、測定を行う間、一定の姿勢を保つことを要求される。従って、いずれの方法においても、被験者に対して不自由さや違和感を伴うため、日常生活中で行っている顎運動を再現して測定することが困難であるという問題がある。
【０００７】
上記の状況において、本発明は、被験者の負担を軽減するだけでなく、日常生活時における自然な顎運動も、精度よく測定可能な顎運動測定装置およびその測定方法を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の顎運動測定装置は、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。
【０００９】
また、前記磁気センサは、２軸の磁気センサを少なくとも３個備えることができる。
【００１０】
また、前記磁気センサは、３軸の磁気センサを少なくとも２個備えることができる。
【００１１】
そして、本発明の顎運動測定装置は、装着時に前記磁気センサが頭部前方または額の部分に配置され、前記姿勢角度検出装置が頭頂部または後頭部に配置されるように、前記磁気センサおよび姿勢角度検出装置を配設した帽子状の装具を備えることができる。
【００１２】
本発明の顎運動測定方法は、人体の下顎部に取り付けた少なくとも１個の永久磁石によって生じた磁気を、人体の頭部に取り付けた少なくとも６軸分の磁気センサで検出して、前記頭部の傾斜および方向を、地磁気センサを含み前記頭部に装着された姿勢角度検出装置により検出し、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装置に記憶して、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顎運動測定方法であって、前記永久磁石を前記下顎部に設置する前の周辺の磁気成分である外乱成分を、前記磁気センサと姿勢角度検出装置内の地磁気センサで検出するとともに、前記頭部の傾斜および方向を姿勢角度検出装置により検出し、各々の検出結果を前記記憶装置に記憶して、前記永久磁石を前記下顎部に設置したときに、前記永久磁石による磁気成分と前記外乱成分とを弁別し、前記磁気センサによる検出結果から外乱成分を取り除くことを特徴とする。また、前記記憶装置は前記永久磁石を前記下顎部に設置する前の周辺の磁気成分である外乱成分を前記磁気センサおよび姿勢角度検出装置で測定した前記外乱成分の出力結果を記憶し、前記演算手段では、前記外乱成分の出力結果による補正を行い、前記永久磁石を前記下顎部に設置したときの前記永久磁石による磁気成分を演算する顎運動測定装置である。
【００１３】
また、本発明の顎運動測定方法においては、前記姿勢角度検出装置の出力を常時観測し、頸部関節の動きに伴って生ずる頭部の傾斜および方向をリアルタイムに検出することができる。
【００１４】
そして、本発明の顎運動測定方法においては、前記姿勢角度検出装置の出力を常時観測することにより、頭部の揺動による地磁気の成分の変化を検出し、前記永久磁石からの磁気と、地磁気とをリアルタイムに弁別し、地磁気の成分を前記磁気センサによる磁気成分の検出結果から取り除くことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施の形態における顎運動測定装置の外観図である。図１（ａ）は頭部装着部を示す斜視図であり、図１（ｂ）は頭部に装着した顎運動測定装置を示す側面図である。
【００１７】
図１（ｂ）のように、本発明の顎運動測定装置は人体の頭部に装着して使用される。その装着時には、３つの水平に並んだ２軸の磁気センサを含む磁気センサユニット１１が額の前方に配置され、頭頂部には姿勢角度検出装置１２が配置されるように、それらのセンサが装具１９に配設されている。なお、本実施の形態においては、装具１９は、装着時に頭部をほぼ水平に取り巻き、額の部分に磁気センサユニット１１を配設した帯状の部分と、額と頭頂部と後頭部を結び、姿勢角度検出装置１２を配設した帯状の部分とからなるが、この装具１９は帽子状であればよい。
【００１８】
また、図１（ｂ）のように後頭部にはパーソナルコンピュータ１８と各センサをＵＳＢ接続するためのＵＳＢハブ１３が固定されて、ＵＳＢケーブル１４、１５によって、それぞれ、磁気センサユニット１１および姿勢角度検出装置１２と接続されており、同じくＵＳＢケーブル１６によって制御用のパーソナルコンピュータ１８に接続されている。
【００１９】
下顎部の運動を検出するためのマーカーとして、５ｍｍ角の永久磁石１７が被験者の下部中切歯に取り付けられている。このとき磁気センサユニット１１から永久磁石１７までの直線距離は１０〜２０ｃｍの範囲に収まるように設定するのが望ましい。なお、ＵＳＢケーブル１６およびパーソナルコンピュータ１８を除く本顎運動測定装置の重量は５００ｇ程度である。
【００２０】
図２は、本実施の形態の顎運動測定装置の構成をブロック図で表したものである。永久磁石からの磁気は、磁気センサユニット２１内部の磁気センサ２２ａ、２２ｂ、２２ｃによって検出され電気信号に変換される。さらに同じく、内部のマイクロコンピュータ２３によりＡ／Ｄ変換されてＵＳＢハブ２４を経由してパーソナルコンピュータ２８に入力される。パーソナルコンピュータ２８では、各２軸の磁気センサによる、計６軸分の磁界強度から最尤度法などで永久磁石の空間上の位置を算出する。
【００２１】
頭部の傾きは、姿勢角度検出装置２５に内蔵された圧電振動ジャイロ、加速度センサおよび地磁気センサ２７によって検出され電気信号に変換される。さらに、内蔵されたマイクロコンピュータ２６によってＡ／Ｄ変換されてＵＳＢハブ２４を経由してパーソナルコンピュータ２８に入力される。パーソナルコンピュータ２８では、入力された各値からリアルタイムに頭部の姿勢角度が算出される。
【００２２】
図３は、本実施の形態における顎運動測定装置の動作の流れをフローチャートにして示したものである。
【００２３】
まず、被験者の頭部に装置を取り付け、パーソナルコンピュータヘの接続、通電を行う。ステップＳ３１でセンサが初期化され、ステップＳ３２で、基準となる初期位置の設定が行われる。このときの頭部の傾斜および方向を姿勢角度検出装置の初期値として設定する。
【００２４】
ステップＳ３３で、マーカーとなる永久磁石（以下、マーカーと略記する）がない状態での磁気、すなわち外来磁気を測定する。これは、地磁気や電気機器からの磁気、鉄筋など金属製品による磁場のひずみ等、外乱として働く不要な磁気成分の強度や方向をあらかじめ記録しておき、実際の測定時にセンサで検出される磁場からその成分を差し引くことで、検出測定対象であるマーカーからの磁気をより正確に取り出すための前処理である。言い換えると、磁気センサが配置された頭部の傾斜および方向が、顎運動に伴う頭部の揺動により変化するとき、磁気センサで観測される外乱成分の出力がどのように変化するかを予め知っておくための処理である。
【００２５】
ステップＳ３４で、マーカーを下部中切歯に取り付ける。磁気センサユニットでその位置測定を行って、これをマーカーの初期位置とする。以上の初期位置の設定は被験者が静止して顎運動を行っていない状態で行う。
【００２６】
次に、顎運動の測定を開始する。まず、この時点での姿勢角度検出装置の値をとり、初期状態の頭部傾斜角度からの変位と絶対値を求める。次に、磁気センサユニットでこの時点のマーカーの位置を測定する。なお、図３の中では、頭部傾斜角度測定（ステップＳ３５）、マーカー位置測定（ステップＳ３６）の順番で表記しているが、これらの作業は実際にはパーソナルコンピュータ内でほぼ同時に行われている。
【００２７】
二つのデータが得られた時点で、あらかじめ測定しておいた磁気の外乱成分のデータと頭部傾斜角度から、現時点での磁気の外乱成分の方向と強度を算出する。次に、磁気センサユニットで検出された磁気から外乱成分を除去し、マーカー位置の変位を算出することで、初期状態から頭部傾斜角度が変化していても、顎運動によるマーカーの変位のみを求めることができる。このステップを図３では相対位置算出のステップＳ３７として示した。以降、ステップＳ３８で測定継続の判断を行い、任意の回数、頭部傾斜角度とマーカー位置の測定を繰り返すことにより下顎部の運動の軌跡を測定する。
【００２８】
以上のように、下顎部に取り付けた磁気マーカーの軌跡を、磁気的な位置測定手段によって追跡することにより、顎運動を測定することができた。また、顎部関節の動きに伴って生ずる頭部の傾斜および方向を姿勢角度検出装置によりリアルタイムで検出し、地磁気などの外乱成分による磁気センサ出力の変化をリアルタイムで算出したので、磁気センサ出力のうち下顎部に取り付けた永久磁石による磁気成分を精密に弁別することができた。
【００２９】
ところで、本実施の形態においては、３つの磁気センサを頭部の額の付近に配置して、６軸分の磁気成分を測定したが、これは、永久磁石からなるマーカーは磁気モーメントを持つ剛体なので、６軸分の磁気測定を必要としたためである。ただし、３軸の磁気センサを２個、用いてもよいことは明らかである。
【００３０】
さらに、下顎部にとり付ける磁気マーカーの数と、頭部に取り付ける磁気センサの数を増して、測定精度を高めることもできる。
【００３１】
【発明の効果】
以上の説明のように、本発明の顎運動測定装置およびその測定方法によれば、常に被験者の頭部傾斜角度が記録されるために、頭部を器具に固定する、あるいは測定装置との距離が一定となるように人体姿勢を保つ、といった被験者への負荷を軽減して、顎運動の測定を行うことが可能となる。
【００３２】
また、被験者の負荷が少ないことにより、被験者が食事や会話を行っている状態での額運動を測定することも可能であり、より日常生活に近い状態での顎運動の測定を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の顎運動測定装置の外観図。図１（ａ）は頭部装着部を示す斜視図、図１（ｂ）は頭部に装着した状態を示す側面図。
【図２】本発明の顎運動測定装置全体のブロック図。
【図３】本発明の顎運動測定装置における測定動作の流れを示すフロー図。
【符号の説明】
１１，２１ 磁気センサユニット
１２，２５ 姿勢角度検出装置
１３，２４ ＵＳＢハブ
１４，１５，１６ ＵＳＢケーブル
１７ 永久磁石
１８，２８ パーソナルコンピュータ
１９ 装具
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ 磁気センサ
２３，２６ マイクロコンピュータ
２７ 地磁気センサ
Ｓ３１〜Ｓ３８ ステップ

Claims (5)

1. 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。
2. 前記磁気センサは、２軸の磁気センサを少なくとも３個備えてなることを特徴とする請求項１に記載の顎運動測定装置。
3. 前記磁気センサは、３軸の磁気センサを少なくとも２個備えてなることを特徴とする請求項１に記載の顎運動測定装置。
4. 装着時に前記磁気センサが頭部前方または額の部分に配置され、前記姿勢角度検出装置が頭頂部または後頭部に配置されるように、前記磁気センサおよび姿勢角度検出装置を配設した帽子状の装具を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の顎運動測定装置。
5. 前記記憶装置は前記永久磁石を前記下顎部に設置する前の周辺の磁気成分である外乱成分を前記磁気センサおよび姿勢角度検出装置で測定した前記外乱成分の出力結果を記憶し、前記演算手段では、前記外乱成分の出力結果による補正を行い、前記永久磁石を前記下顎部に設置したときの前記永久磁石による磁気成分を演算することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の顎運動測定装置。

Images