JP4365764B2

JP4365764B2 - 顎位置測定装置、センサユニット、及び顎位置測定方法

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Publication number: JP4365764B2
Application number: JP2004303140A
Authority: JP
Inventors: 義信本蔵; 均青山; 竜二正木; 正司河野; 豊彦林; 芳仁藤井
Original assignee: Aichi Micro Intelligent Corp
Current assignee: Aichi Micro Intelligent Corp
Priority date: 2004-10-18
Filing date: 2004-10-18
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2024-10-18
Also published as: JP2006110245A

Description

本発明は、上顎と下顎との相対位置を測定するための顎位置測定装置、及びこれに用いるセンサユニット、並びに顎位置測定方法に関する。

従来より、例えば義歯を作製するに当って、上顎と下顎との相対位置を測定する必要がある場合がある。
上顎と下顎との相対位置を測定する方法として、例えば、唇の上下に標点を付し、この標点をノギスによって測定する方法がある。
しかし、ノギスによる測定の場合、その精度に限界があり、特に上顎と下顎とが相対運動を行っている最中に、経時的に正確な測定を行うことは困難である。また、充分な再現性を得ることが困難となるおそれもある。

そこで、磁気センサを用いた顎位置測定装置が提案されている（非特許文献１）。即ち、この顎位置測定装置は、下顎に磁石を固定し、上顎に磁気センサを固定して、該磁気センサが検知する磁気の変化を利用して、上顎と下顎との相対位置の変化を測定する。
しかしながら、上記従来の顎位置測定装置においては、左右に配置した２個の磁気センサによって、顎位置の検出を行っており、測定精度を充分に向上させることは困難である。

平野秀利、河野正司、山田好秋、杉本浩志、「磁気センサを応用した二次元下顎位測定装置の試作」、新潟歯学会雑誌、平成８年８月２５日発行、第２６巻、第１号、別刷、p.51−57

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、測定精度の高い顎位置測定装置、及びこれに用いるセンサユニット、並びに顎位置測定方法を提供しようとするものである。

第１の発明は、上顎と下顎との顎開閉方向の相対位置を測定するための顎位置測定装置であって、
該顎位置測定装置は、上記下顎又は上記上顎に固定されるマーカー磁石と、上記上顎又は上記下顎に固定されると共に上記マーカー磁石に対向して配置される複数の磁気センサからなるセンサユニットと、該センサユニットにおける上記複数の磁気センサのセンサ出力を基に上記上顎と上記下顎との相対位置を算出する演算部と、該演算部の演算結果を表示する表示部とを有し、
上記センサユニットは、上記複数の磁気センサを、互いに間隔を設けると共に配列ピッチを上記マーカー磁石の可動範囲よりも小さくしつつ上記顎開閉方向に配列させてなり、該各磁気センサは、その配列方向の磁気成分を検知することができるよう配設してあり、
上記マーカー磁石と上記センサユニットとは、上記マーカー磁石の着磁軸と上記磁気センサの配列方向とが直交するように配置され、
上記演算部は、上記センサユニットにおける複数の上記磁気センサのうち、上記マーカー磁石の着磁軸を挟む２つの磁気センサを選び出し、該２つの磁気センサのセンサ出力を基に、上記センサユニットに対する上記マーカー磁石の位置を算出することにより、上記上顎と上記下顎との相対位置を算出するよう構成してあることを特徴とする顎位置測定装置にある（請求項１）。

次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記顎位置測定装置においては、下顎又は上顎に固定されるマーカー磁石と、上顎又は下顎に固定されるセンサユニットとが対向配置される。そして、該センサユニットに配列した複数の磁気センサは、その配列方向の磁気成分を検知することができる。

そのため、各磁気センサは、上記マーカー磁石との位置関係によって、それぞれの大きさ及び向きの磁気を検知することができる。例えば、マーカー磁石の着磁軸よりも上側の磁気センサと下側の磁気センサとは、反対方向の磁気を検出することとなる。また、マーカー磁石の着磁軸からの距離によって、磁気センサの検知する磁気の強さが異なる。

そして、着磁軸を挟む２つの磁気センサと、該２つの磁気センサの検知する磁気の大きさが分かれば、これに基づいてマーカー磁石の位置を算出することができる。即ち、着磁軸を挟む上記２つの磁気センサが特定されれば、マーカー磁石の顎開閉方向位置は、上記２つの磁気センサの間にあることが分かる。そして、この２つの磁気センサの検知する磁気の大きさによって、これを例えば比例計算による直線補間を行うことにより、２つの磁気センサの間のどの位置に着磁軸が存在するかが分かり、マーカー磁石の詳細位置が分かる。
これにより、マーカー磁石が固定された下顎又は上顎の位置を、センサユニットが固定された上顎又は下顎に対する相対位置として算出することができる。

このように、上記着磁軸を挟む２つの磁気センサの位置情報と検知した磁気の大きさ及び向きとによって、上顎と下顎との相対位置を算出できる。そして、磁気センサの配設ピッチを小さくすることにより、上記の補間計算の精度が高くなる結果、顎位値の測定精度が高くなり、磁気センサの配設数、両端の磁気センサ間の距離を大きくすれば、測定範囲を広げることができる。

以上のごとく、本発明によれば、測定精度の高い顎位置測定装置を提供することができる。

第２の発明は、下顎又は上顎に固定されるマーカー磁石に対向した状態で上記上顎又は上記下顎に固定して、上記顎開閉方向の相対位置を測定するための顎位置測定用のセンサユニットであって、
該センサユニットは、複数の磁気センサを、互いに間隔を設けると共に配列ピッチを上記マーカー磁石の可動範囲よりも小さくしつつ上記顎開閉方向に配列させてなり、該各磁気センサは、その配列方向の磁気成分を検知することができるよう配設してあり、
かつ、上記マーカー磁石の着磁軸に対して上記磁気センサの配列方向が直交するように配置することができるよう構成してあることを特徴とする顎位置測定用のセンサユニットにある（請求項４）。

上記センサユニットは、複数の磁気センサを互いに間隔を設けつつ上顎と下顎との顎開閉方向に配列させてなり、該各磁気センサは、その配列方向の磁気成分を検知することができる。
そのため、各磁気センサは、上記マーカー磁石との位置関係によって、それぞれの大きさ及び向きの磁気を検知することができる。そして、着磁軸を挟む２つの磁気センサと、該２つの磁気センサの検知する磁気の大きさが分かれば、これに基づいてマーカー磁石の位置を求めることができる。
これにより、マーカー磁石が固定された下顎又は上顎の位置を、センサユニットが固定された上顎又は下顎に対する相対位置として算出することができる。
磁気センサの配設ピッチを小さくすることにより、顎位値の測定精度が高くなり、磁気センサの配設数、両端の磁気センサ間の距離を大きくすれば、測定範囲を広げることができる。

以上のごとく、本発明によれば、測定精度の高い顎位置測定用のセンサユニットを提供することができる。

参考発明は、下顎又は上顎にマーカー磁石を固定し、該マーカー磁石に対向するように、複数の磁気センサからなるセンサユニットを上記上顎又は上記下顎に固定して、上記顎開閉方向の相対位置を測定する顎位置測定方法であって、
上記センサユニットとしては、上記複数の磁気センサを互いに間隔を設けつつ上記顎開閉方向に配列させてなり、上記各磁気センサが、その配列方向の磁気成分を検知することができるよう配設してあるものを用い、
上記マーカー磁石と上記センサユニットとは、上記マーカー磁石の着磁軸と上記磁気センサの配列方向とが直交するように配置し、
上記センサユニットにおける複数の上記磁気センサのうち、上記マーカー磁石の着磁軸を挟む２つの磁気センサを選び出し、該２つの磁気センサのセンサ出力を基に、上記センサユニットに対する上記マーカー磁石の位置を算出することにより、上記上顎と上記下顎との相対位置を算出することを特徴とする顎位置測定方法にある。

上記顎位置測定方法においては、下顎又は上顎にマーカー磁石を固定し、該マーカー磁石に対向するように、センサユニットを上顎又は下顎に固定する。そして、該センサユニットに配列した複数の磁気センサは、その配列方向の磁気成分を検知することができる。

そのため、各磁気センサは、上記マーカー磁石との位置関係によって、それぞれの大きさ及び向きの磁気を検知することができる。
そして、着磁軸を挟む２つの磁気センサと、該２つの磁気センサの検知する磁気の大きさが分かれば、これに基づいてマーカー磁石の位置を算出することができる。
これにより、マーカー磁石が固定された下顎又は上顎の位置を、センサユニットが固定された上顎又は下顎に対する相対位置として算出することができる。

このように、上記着磁軸を挟む２つの磁気センサの位置情報と検知した磁気の大きさ及び向きとによって、上顎と下顎との相対位置を算出できる。そして、磁気センサの配設ピッチを小さくすることにより、顎位値の測定精度が高くなり、磁気センサの配設数、両端の磁気センサ間の距離を大きくすれば、測定範囲を広げることができる。

以上のごとく、参考発明によれば、測定精度の高い顎位置測定方法を提供することができる。

上記第１の発明（請求項１）、第２の発明（請求項４）、上記参考発明において、「下顎又は上顎に固定」とは、顎開閉運動をしたときにマーカー磁石やセンサユニットが下顎又は上顎に対して相対的に移動しないように取り付けることをいい、マーカー磁石及びセンサユニットを、間接的に下顎又は上顎に固定することもできる。例えば、マーカー磁石及びセンサユニットを、それぞれ治具を介して下顎又は上顎に固定することができる。
また、装着性等の観点から、マーカー磁石を下顎に固定しセンサユニットを上顎に固定することが好ましいが、これとは逆に、マーカー磁石を上顎に固定しセンサユニットを下顎に固定することもできる。

また、上記磁気センサは、感磁体と該感磁体の外周側に巻回した電磁コイルとを有し、上記感磁体に通電する電流の変化に応じて上記電磁コイルの両端に電位差を発生するＭＩ素子を用いたＭＩセンサであることが好ましい（請求項２、請求項５）。
この場合には、高感度の磁気センサを得ることができ、より高精度の顎位置測定を行うことができる。

ここで、上記感磁体に通電する電流の変化に応じて電磁コイルに誘起電圧を生じる現象は、ＭＩ現象と呼ばれるものである。このＭＩ現象は、供給する電流方向に対して周回方向に電子スピン軸配列を有する磁性材料からなる感磁体について生じるものである。この感磁体の通電電流を急激に変化させると、周回方向の磁界が急激に変化し、その磁界変化の作用によって周囲の磁界に応じて電子のスピン軸方向の変化が生じる。そして、その際の感磁体の内部磁化及びインピーダンス等の変化が生じる現象がＭＩ現象である。

そして、ＭＩ素子とは、供給する電流方向に対して周回方向に電子スピン軸配列を有する磁性材料からなる感磁体を利用するものである。この感磁体の通電電流を急激に変化させると、周回方向の磁界が急激に変化し、その磁界変化の作用によって周囲の磁界に応じて電子のスピン軸方向の変化が生じる。そして、その際の感磁体の内部磁化及びインピーダンス等の変化を感磁体に生じる電圧もしくは電流又は、感磁体の外周に配置した電磁コイルの両端に発生する電圧もしくは電流等に変換するよう構成した素子がＭＩ素子である。そして、例えば、このＭＩ素子と電子回路とを組み合わせたものがＭＩセンサと呼ばれるものである。

そして、上記のように、感磁体に通電する電流の変化に応じて上記電磁コイルの両端に電位差を発生するＭＩ素子により上記磁気センサを構成した場合には、高感度な磁気検出が可能となり、精度良く上記マーカー磁石の位置を検出することができる。なお、上記感磁体としては、例えば、線状に形成したものや、薄膜状に形成したものがある。また、上記感磁体の材質としては、ＦｅＣｏＳｉＢ、ＮｉＦｅ等がある。

また、上記顎位置測定装置は、上記磁気センサに作用する周辺磁界を検知して、上記磁気センサのセンサ出力を上記周辺磁界の影響分補正するための周辺磁界検知用センサを有することが好ましい（請求項３、請求項６）。
この場合には、地磁気等の周辺磁界が上記磁気センサに作用したとき、その分の影響を補正して、上記マーカー磁石による磁気のみを検出することができる。これにより、一層正確な顎位置測定を行うことができる。
上記周辺磁界検知用センサは、上記磁気センサと感度軸が同一方向となるよう配設することが好ましい。

次に、上記第２の発明（請求項４）において、上記センサユニットは、上記複数の磁気センサのセンサ出力を基に上記上顎と上記下顎との相対位置を算出する演算部を、一体的に配設していることが好ましい（請求項６）。
この場合には、上記センサユニットにおいて、上顎と下顎との相対位置を算出することができる。

次に、上記参考発明において、上記磁気センサに作用する周辺磁界を検知する周辺磁界検知用センサを配置して、該周辺磁界検知用センサのセンサ出力を用いて、上記磁気センサのセンサ出力を上記周辺磁界の影響分補正することが好ましい。
この場合には、一層正確な顎位置測定を行うことができる。

（実施例１）
本発明の実施例にかかる顎位置測定装置及びこれを用いた顎位置測定方法につき、図１〜図１４を用いて説明する。
本例の顎位置測定装置１は、上顎ａ１と下顎ａ２との顎開閉方向Ａの相対位置を測定するための装置である。

図１に示すごとく、顎位置測定装置１は、下顎ａ２に固定されるマーカー磁石２と、上顎ａ１に固定されると共にマーカー磁石２に対向して配置される複数の磁気センサ３１からなるセンサユニット３とを有する。そして、顎位置測定装置１は、図４に示すごとく、センサユニット３における複数の磁気センサ３１のセンサ出力を基に上顎ａ１と下顎ａ２との相対位置を算出する演算部４と、該演算部４の演算結果を表示する表示部５とを有する。

図２に示すごとく、上記センサユニット３は、上記複数の磁気センサ３１を互いに間隔を設けつつ上記顎開閉方向Ａに配列させてなる。該各磁気センサ３１は、その配列方向（即ち顎開閉方向Ａ）の磁気成分を検知することができるよう配設してある。
図３に示すごとく、マーカー磁石２とセンサユニット３とは、マーカー磁石２の着磁軸Ｂと磁気センサ３１の配列方向（顎開閉方向Ａ）とが直交するように配置される。なお、図３において、マーカー磁石２を起点に描いた矢線は、該マーカー磁石２による磁力線を表す。

上記演算部４は、上顎ａ１と下顎ａ２との相対位置を算出するに当って、まず、上記センサユニット３における複数の磁気センサ３１のうち、マーカー磁石２の着磁軸Ｂを挟む２つの磁気センサ３１を選び出す。そして、該２つの磁気センサ３１のセンサ出力を基に、センサユニット３に対するマーカー磁石２の位置を算出する。これにより、上顎ａ１と下顎ａ２との相対位置を算出する。

図１に示すごとく、マーカー磁石２は、下顎固定治具１２を介して下顎ａ２に固定される。上記下顎固定治具１２は、被測定者の下顎ａ２の形状に沿ったパッド部１２１と、該パッド部１２２に固定され、顎開閉方向Ａに直角方向であり下顎ａ２の左右方向に配設される棒状部１２２とからなる。そして、該棒状部１２２の端部（被測定者側から見て左端部）に上記マーカー磁石２が固定される。上記パッド部１２１は、両面接着テープによって、下顎ａ２に固定される。

また、図１に示すごとく、センサユニット３は、上顎固定治具１３を介して上顎ａ１と一体的に動く被測定者の頭部に固定される。図１、図５に示すごとく、上顎固定治具１３は、眼鏡状部１３１と、該眼鏡状部１３１の側部に基端部を取り付けて、下顎ａ２の側方に向かって延設された延設部１３２とからなる。そして、延設部１３２の先端部にセンサユニット３を取り付けている。また、上記眼鏡状部１３１は、一般的な眼鏡と同様の形状を有し、同様の方法で被測定者の頭部に固定される。

そして、上記延設部１３２と眼鏡状部１３１との取り付け部には、延設部１３２の角度や長さを調整するための調整部１３３が形成されている。この調整部１３３を調整することにより、マーカー磁石２とセンサユニット３とを、上述のごとく適切な位置関係となるように対向配置する。

上記マーカー磁石２は、直径１０ｍｍ、厚み１．３ｍｍの円柱形状を有するフェライト焼結磁石からなり、この円柱形状の底面部から垂直な方向に着磁されている。そして、マーカー磁石２のＮ極をセンサユニット３側に向けて配置してある。また、マーカー磁石２とセンサユニット３とは、３０ｍｍ程度の間隔をもって配置される。
本例においては、センサユニット３は２０個の磁気センサ３１を、約４ｍｍピッチにて配設してなる。

上記磁気センサ３１は、図１０の曲線Ｅに示すごとく、該磁気センサ３１に対するマーカー磁石２の着磁軸Ｂの位置によって、検知する磁界が変化するが、その変化が線形に近似できる範囲を各磁気センサ３１の測定範囲とする必要がある。そこで、図１０の曲線Ｅの中で充分に直線に近似できる部分に対応する範囲が、各磁気センサ３１の測定範囲となるように、磁気センサ３１の配設ピッチを上記のごとく設定している。

また、上記顎位置測定装置１は、図１、図４に示すごとく、磁気センサ３１に作用する周辺磁界を検知して、磁気センサ３１のセンサ出力を周辺磁界の影響分補正するための周辺磁界検知用センサ３２を有する。該周辺磁界検知用センサ３２は、上記上顎固定治具１３の延設部１３２の基端部に取り付けてあり、その磁界検知方向を磁気センサ３１の磁界検知方向と一致させている。
また、上記演算部４は、センサユニット３を取り付けたセンサ基板３０上に固定したマイクロプロセッサからなる（図示略）。

上記磁気センサ３１としては、図６〜図９に示すごとく、感磁体３１４と該感磁体３１４の外周側に巻回した電磁コイル３１５とを有し、上記感磁体３１４に通電する電流の変化に応じて上記電磁コイル３１５の両端に電位差を発生するＭＩ素子を用いたＭＩセンサを用いる。

次に、磁気センサ３１について、作り方を紹介しながら、その構成の一例を説明する。上記磁気センサ３１は、図６及び図７に示すごとく、感磁体３１４として長さ１ｍｍ、線径２０μｍのアモルファスワイヤ（以下、適宜アモルファスワイヤ３１４と記載）を利用したものである。磁気センサ３１は、図６及び図７に示すごとく、アモルファスワイヤ３１４に外挿したチューブ状の絶縁樹脂３１６の外周側に、内径２００μｍ以下の電磁コイル３１５を巻回したものである。

すなわち、本例の磁気センサ３１は、周囲の磁界の強度に応じてインピーダンスが大きく変化するという、感磁体としてのアモルファスワイヤ３１４が発揮するＭＩ（Ｍａｇｎｅｔｏ−ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）現象を利用したものである。そして、本例では、アモルファスワイヤ３１４にパルス状の電流（以下、適宜パルス電流と記載する）を通電したときに電磁コイル３１５に生じる誘起電圧を計測することで、周囲の磁界の強度を検出している。

ここで、上記のＭＩ現象とは、供給する電流方向に対して周回方向に電子スピン軸配列を有する磁性材料からなる感磁体について生じるものである。感磁体に通電する通電電流を急激に変化させると、周回方向の磁界が急激に変化する。そして、ＭＩ現象とは、周回方向の磁界変化の作用によって、周囲の磁界に応じた電子スピン軸方向変化と、それに伴う内部磁化及びインピーダンス等の変化が生じるという現象である。

このＭＩ現象を利用したＭＩセンサ（本例では、磁気センサ３１及び周辺磁界検知用センサ３２）は、感磁体としてのアモルファスワイヤ３１４の通電電流を急激に変化させたときの電子スピン軸方向の変化に伴う感磁体の内部磁化及びインピーダンス等の変化を、アモルファスワイヤ３１４の外周に配置した電磁コイル３１５の両端に発生する電圧（誘起電圧）に変換するように構成されている。なお、本例の各磁気センサ３１は、感磁体としてのアモルファスワイヤ３１４の長手方向に磁気検出感度を有している。

この磁気センサ３１は、図８及び図９に示すごとく、深さ５〜２００μｍの断面略矩形状を呈する溝状の凹部３１７を設けた素子基板３１８上に形成してある。この凹部３１７の内周面のうちの相互に対面する各溝側面３１７ａには、溝方向に直交する導電パターン３１５ａを均一ピッチで複数、配設してある。また、凹部３１７の溝底面３１７ｂには、対面する溝側面３１７ａにおける同一ピッチの導電パターン３１５ａを電気的に接続する導電パターン３１５ｂを溝方向に直交して設けてある。

各溝側面３１７ａ及び溝底面３１７ｂに導電パターン３１５ａ、３１５ｂを配設した凹部３１７の内部には、エポキシよりなる絶縁樹脂３１６（図７参照）中に、アモルファスワイヤ３１４を埋設してある。そして、凹部３１７に充填した絶縁樹脂３１６の外表面には、相互に対面する溝側面３１７ａにおける１ピッチずれた導電パターン３１５ａを電気的に接続する導電パターン３１５ｃを、溝方向に対して斜めに設けてある。そして、導電パターン３１５ａ、３１５ｂ、３１５ｃが全体として、ら旋状に巻回された電磁コイル３１５を形成している。

なお、本例では、凹部３１７の内周面３１７ａ、３１７ｂの全面に、導電性の金属薄膜（図示略）を蒸着したのち、エッチング処理を実施して導電パターン３１５ａ及び３１５ｂを形成した。また、導電パターン３１５ｃは、絶縁樹脂３１６の表面全面に、導電性の金属薄膜（図示略）を蒸着したのち、エッチング処理を実施して所望のパターンを形成したものである。

本例の電磁コイル３１５の捲線内径は、凹部３１７（図７参照）の断面積と同一断面積を呈する円の直径である円相当内径である６６μｍとしてある。そして、電磁コイル３１５の単位長さ当たりの捲線間隔は、５０μｍ／巻としてある。
また、上記周辺磁界検知用センサ３２も、上記と同様のＭＩセンサからなる。

次に、本例の顎位置測定装置１による顎位置測定方法につき説明する。
まず、図１に示すごとく、マーカー磁石２とセンサユニット３とを、ぞれぞれ被測定者の下顎ａ２と上顎ａ１とに対して固定する。
そして、図１４のフローに沿って測定作業を行う。

まず、各磁気センサ３１及び周辺磁界検知用センサ３２の出力特性、即ち検知する磁界とセンサ出力との関係を、予め測定しておく。即ち、予め行う較正作業により、各磁気センサ３１について、ゲインとオフセット電圧とを計測しておく。また、図１１に示すごとく、隣合う磁気センサ３１の間の配設ピッチＰ_m（ｍ＝１〜１９）を各磁気センサ３１間において、磁気的な手段によって測定しておく。これらの較正データを上記演算部４に記憶させる（ステップＳ１）。

なお、図１１に示すごとく、２０個の磁気センサ３１は、センサユニット３の一端に配設したものから順に、センサ番号ｍとして０〜１９の番号が付されている。そして、センサ番号ｍ−１の磁気センサ３１とセンサ番号ｍの磁気センサ３１との間の配設ピッチをＰ_mとする。また、センサ番号０の磁気センサ３１の中心の位置を基準（ｘ＝０）として、そこからの距離をｘとした。
また、上記配設ピッチＰ_mは、上述のごとく約４ｍｍと一定としているが、実際には配設誤差によるばらつきがあるため、上記のごとく配設ピッチＰ_mを予め測定しておく。

次いで、各磁気センサ３１のセンサ出力Ｖ_m（ｍ＝０〜１９）及び周辺磁界検知用センサ３２のセンサ出力Ｖ_eを読み込む（ステップＳ２）。
次いで、各磁気センサ３１のセンサ出力Ｖ_m及び周辺磁界検知用センサ３２のセンサ出力Ｖ_eを、それぞれ磁界Ｈ_m、Ｈ_eに変換する（ステップＳ３）。即ち、以下の計算式にセンサ出力Ｖ_m、Ｖ_eを代入して、磁界Ｈ_m、Ｈ_eを算出する。
Ｈ_m＝（Ｖ_m−オフセット電圧）×ゲイン・・・式（１）
Ｈ_e＝（Ｖ_e−オフセット電圧）×ゲイン・・・式（２）
式（１）、式（２）において、オフセット電圧及びゲインは、上記ステップＳ１において各磁気センサ３１及び周辺磁界検知用センサ３２について計測しておいた値である。

次いで、各磁気センサ３１により検出した磁界Ｈ_mから、それぞれ周辺磁界検知用センサ３２により検出した周辺磁界Ｈ_eを差し引く補正を行う（ステップＳ４）。
これにより得られた各磁気センサ３１における補正後の磁界Ｈ'_mは、図１２、図１３のように、磁気センサ３１の位置ｘと磁界Ｈ'_mとの関係を示すグラフにおいて、ある一点Ｑで磁界０の直線Ｍと交差する。

次いで、演算部４は、この交点Ｑの両隣の磁気センサ３１を選び出す（ステップＳ５）。即ち、演算部４は、隣合う磁気センサ３１におけるＨ'_n+1／Ｈ'_nの商が負となる、二個一組の磁気センサ３１（センサ番号ｎ、ｎ＋１）を選び出す。図１１に示すごとく、この２個の磁気センサ３１の間に、マーカー磁石２の着磁軸Ｂが存在していることとなる。図３に示すごとく、着磁軸Ｂを挟んだ両側では、顎開閉方向Ａについての磁界の向き（符号）は逆になるからである。

次いで、この二個の磁気センサ３１により検出された磁界Ｈ'_n、Ｈ'_n+1と、センサユニット３上の位置とから、比例計算による直線補間を行い、磁界が０となる位置、即ちマーカー磁石２の着磁軸Ｂの位置を算出する（ステップＳ６）。具体的には、図１３に示すごとく、磁気センサ３１の位置ｘと磁界Ｈ'_mとの関係を示すグラフにおいて、上記２つの磁界Ｈ'_n、Ｈ'_n+1のプロットを直線Ｌで結び、この直線Ｌと磁界Ｈ'_m＝０の直線Ｍとの交点Ｑを導き出す。そして、この交点Ｑの位置が、２つの磁気センサ３１の間のどの位置にあるかを導き出し、予め測定しておいた磁気センサ３１の配設ピッチＰ₁〜Ｐ_n及びＰ_n+1のデータを組合わせて、基準位置（ｘ＝０）からの上記交点Ｑの位置を求める。これにより、マーカー磁石２の位置を求める。
即ち、マーカー磁石２の位置ｘは、以下の式（３）により求めることができる。式（３）において、Δｘは、センサ番号ｎの磁気センサ３１からの上記交点Ｑまでの距離である。

この算出結果を、図４に示すごとく、センサ基板３０に配された送信ユニット３３から、パソコン５０に取り付けた受信ユニット５３に無線で送信し、パソコン５０に接続された表示部５に表示する（ステップＳ７）。
さらに、次の測定を行う場合には、上記ステップＳ２に戻って、同様の演算を行う。
このようにして、基準位置からのマーカー磁石３１の顎開閉方向Ａについての位置を求める。これにより、上顎ａ１と下顎ａ２との相対位置が、ある一定の基準に対して、どれだけ変動しているかを測定することができる。

次に、本例の作用効果につき説明する。
上記顎位置測定装置１においては、下顎ａ２に固定されるマーカー磁石２と、上顎ａ１に固定されるセンサユニット３とが対向配置される。そして、該センサユニット３に配列した複数の磁気センサ３１は、その配列方向の磁気成分を検知することができる。

そのため、各磁気センサ３１は、上記マーカー磁石２との位置関係によって、それぞれの大きさ及び向きの磁気を検知することができる。例えば、マーカー磁石２の着磁軸Ｂよりも上側の磁気センサ３１と下側の磁気センサ３１とは、反対方向の磁気を検出することとなる。また、マーカー磁石２の着磁軸Ｂからの距離によって、磁気センサ３１の検知する磁気の強さが異なる。

そして、着磁軸Ｂを挟む２つの磁気センサ３１と、該２つの磁気センサ３１の検知する磁気の大きさが分かれば、これに基づいてマーカー磁石２の位置を算出することができる。即ち、着磁軸Ｂを挟む上記２つの磁気センサ３１が特定されれば、マーカー磁石２の顎開閉方向位置は、上記２つの磁気センサ３１の間にあることが分かる。そして、この２つの磁気センサ３１の検知する磁気の大きさによって、これを上記式（３）に示す比例計算による直線補間を行うことにより、２つの磁気センサ３１の間のどの位置に着磁軸Ｂが存在するかが分かり、マーカー磁石２の詳細位置が分かる。
これにより、マーカー磁石２が固定された下顎ａ２の位置を、センサユニット３が固定された上顎ａ１に対する相対位置として算出することができる。

このように、上記着磁軸Ｂを挟む２つの磁気センサ３１の位置情報と検知した磁気の大きさ及び向きとによって、上顎ａ１と下顎ａ２との相対位置を算出できる。そして、磁気センサ３１の配設ピッチＰ_mを小さくすることにより、上記の補間計算の精度が高くなる結果、顎位値の測定精度が高くなり、磁気センサ３１の配設数、両端の磁気センサ間の距離を大きくすれば、測定範囲を広げることができる。

また、上記磁気センサ３１は、上記ＭＩセンサであるため、高感度の磁気センサ３１を得ることができ、より高精度の顎位置測定を行うことができる。
また、上記顎位置測定装置１は、周辺磁界検知用センサ３２を有するため、地磁気等の周辺磁界が磁気センサ３１に作用したとき、その分の影響を補正して、上記マーカー磁石２による磁気のみを検出することができる。これにより、一層正確な顎位置測定を行うことができる。
以上のごとく、本例によれば、測定精度の高い顎位置測定装置及び顎位置測定方法を提供することができる。

（実施例２）
本例は、図１５〜図１８に示すごとく、上記実施例１において示した顎位置測定装置１及び顎位置測定方法の応用例である。
即ち、図１５に示すごとく、上記顎位置測定装置１によって、基準となる上顎ａ１と下顎ａ２との相対位置を測定する。次いで、その基準の相対位置から、図１６に示すごとく、上顎ａ１と下顎ａ２とを閉じる方向（或いは開く方向）に動かした状態において、上顎ａ１と下顎ａ２との相対位置を、同じく上記顎位置測定装置１によって測定する。
この２つの測定値から、上顎ａ１と下顎ａ２との相対位置の変動量を求める。

この顎位置測定方法は、例えば、以下に紹介するように、無歯顎患者の咬頭嵌合位（図１６）を推定する際に用いることができる。咬頭嵌合位の推定は、当該無歯顎患者の入れ歯の作製に際して利用することができる。
上記咬頭嵌合位とは、上下顎の天然歯または人工歯が咬合接触することにより決定される咬合位の一つで、上下顎歯列が最も多くの部位で接触嵌合した状態における顎位置である。

上記咬頭嵌合位は、下顎ａ２が自然に安定する位置である下顎安静位（図１５）から、安静空隙ｄ分咬み込んだ位置にある。この安静空隙ｄは、個人差はあるが、統計的に約２ｍｍであることが知られている。
そこで、図１５に示すごとく、上記顎位置測定装置１によって、まず下顎安静位を検出し、次いで、そこから安静空隙ｄ分（例えば２ｍｍ）咬み込んだ位置を検出する。これにより、図１６に示す咬頭嵌合位を検出することができる。
なお、図１５、図１６に描いた歯は、無歯顎患者の仮想の歯である。

以下に、咬頭嵌合位の検出方法につき、図１８を用いて具体的に説明する。
まず、顎位置測定装置１を無歯顎患者に装着すると共に、安静空隙ｄのデータ（例えばｄ＝２ｍｍ）を、パソコン５０に入力する（ステップＴ１）。なお、磁気センサ３１の各種較正データについては、実施例１と同様に、センサ基板３０におけるマイクロプロセッサ（演算部４）に入力してある。

次いで、上顎ａ１と下顎ａ２との相対位置の測定を開始する（ステップＴ２）と共に、図１７の曲線Ｓに示すごとく、測定結果をリアルタイムで表示部５に表示する（ステップＴ３）。この測定及び表示は、例えば、毎秒１００回の頻度で行う。なお、図１７における横軸は時間を表し、縦軸は、上顎ａ１に対する下顎ａ２の位置を表し、図の上方が上顎ａ１に近づく方向である。
また、このとき、患者に対しては、上顎ａ１と下顎ａ２との相対位置を自然な状態に保つよう指示する。即ち、下顎安静位が得られるようにする。

次いで、上記相対位置の測定値が安定状態に入ったか否かを判断することにより、下顎安静位にあるか否かを判断する（ステップＴ４）。この判断手段としては、上記測定値のハンチングが一定の範囲（例えばハンチング幅±０．１μｍ以内）に一定時間（例えば６０秒）以上あることを確認したとき下顎安静位にあると判断する方法等がある。例えば、図１７におけるＳ１の部分が下顎安静位を示す。
上記相対位置が安定して下顎安静位にあると判断した時点で、この相対位置をパソコン５０に記憶させ、基準値ｘ０とする（ステップＴ５）。

次いで、患者の口の中に、適度に軟化した蝋堤を入れ、これを徐々に咬み込ませる（ステップＴ６）。図１７のＳ２の部分が蝋堤を装着する過程を示し、Ｓ３の部分が徐々に咬み込む過程を示す。
この咬み込みの過程で、下顎ａ２の相対位置が、上記基準値ｘ０（下顎安静位）から安静空隙ｄ分、上顎ａ１に近づいたか否かの判断を行う（ステップＴ７）。安静空隙ｄ分近づいたと判断したとき、ビープ音や画面表示等により信号を出す（ステップＴ８）。これと同時に、患者に対して、咬み込みを中止するよう指示する。
この時点の上顎ａ１と下顎ａ２との相対位置を、咬頭嵌合位として検出する。

本例によれば、咬頭嵌合位を容易かつ正確に検出することができる。
また、このとき得られた蝋堤を基に、入れ歯の高さ、幅等の形状を決定し、入れ歯を作製する。これにより、患者の口に合った入れ歯を容易に作製することができる。

実施例１における、顎位置測定装置の使用状態を示す説明図。実施例１における、センサユニットの正面図。実施例１における、マーカー磁石と磁気センサとの位置関係を示す説明図。実施例１における、顎位置測定装置の概念図。実施例１における、センサユニットを固定した上顎固定治具の斜視図。実施例１における、磁気センサを示す正面図。図６のＣ−Ｃ線矢視断面図。実施例１における、磁気センサを説明する斜視図。実施例１における、電磁コイルを説明する斜視図。実施例１における、マーカー磁石の着磁軸からの距離と顎開閉方向の磁界との関係を示す線図。実施例１における、磁気センサのセンサ番号と配列との関係を示す説明図。実施例１における、各磁気センサが検出した補正後の磁界を表す線図。実施例１における、直線補間を説明するための線図。実施例１における、顎位置測定方法のフロー図。実施例２における、下顎安静位の説明図。実施例２における、咬頭嵌合位の説明図。実施例２における、顎位置測定結果の線図。実施例２における、咬頭嵌合位の検出方法の説明図。

符号の説明

１顎位置測定装置
１２下顎固定治具
１３上顎固定治具
２マーカー磁石
３センサユニット
３１磁気センサ
３２周辺磁界検知用センサ
４演算部
５表示部

Claims

上顎と下顎との顎開閉方向の相対位置を測定するための顎位置測定装置であって、
該顎位置測定装置は、上記下顎又は上記上顎に固定されるマーカー磁石と、上記上顎又は上記下顎に固定されると共に上記マーカー磁石に対向して配置される複数の磁気センサからなるセンサユニットと、該センサユニットにおける上記複数の磁気センサのセンサ出力を基に上記上顎と上記下顎との相対位置を算出する演算部と、該演算部の演算結果を表示する表示部とを有し、
上記センサユニットは、上記複数の磁気センサを、互いに間隔を設けると共に配列ピッチを上記マーカー磁石の可動範囲よりも小さくしつつ上記顎開閉方向に配列させてなり、該各磁気センサは、その配列方向の磁気成分を検知することができるよう配設してあり、
上記マーカー磁石と上記センサユニットとは、上記マーカー磁石の着磁軸と上記磁気センサの配列方向とが直交するように配置され、
上記演算部は、上記センサユニットにおける複数の上記磁気センサのうち、上記マーカー磁石の着磁軸を挟む２つの磁気センサを選び出し、該２つの磁気センサのセンサ出力を基に、上記センサユニットに対する上記マーカー磁石の位置を算出することにより、上記上顎と上記下顎との相対位置を算出するよう構成してあることを特徴とする顎位置測定装置。
請求項１において、上記磁気センサは、感磁体と該感磁体の外周側に巻回した電磁コイルとを有し、上記感磁体に通電する電流の変化に応じて上記電磁コイルの両端に電位差を発生するＭＩ素子を用いたＭＩセンサであることを特徴とする顎位置測定装置。
請求項１又は２において、上記顎位置測定装置は、上記磁気センサに作用する周辺磁界を検知して、上記磁気センサのセンサ出力を上記周辺磁界の影響分補正するための周辺磁界検知用センサを有することを特徴とする顎位置測定装置。
下顎又は上顎に固定されるマーカー磁石に対向した状態で上記上顎又は上記下顎に固定して、上記顎開閉方向の相対位置を測定するための顎位置測定用のセンサユニットであって、
該センサユニットは、複数の磁気センサを、互いに間隔を設けると共に配列ピッチを上記マーカー磁石の可動範囲よりも小さくしつつ上記顎開閉方向に配列させてなり、該各磁気センサは、その配列方向の磁気成分を検知することができるよう配設してあり、
かつ、上記マーカー磁石の着磁軸に対して上記磁気センサの配列方向が直交するように配置することができるよう構成してあることを特徴とする顎位置測定用のセンサユニット。
請求項４において、上記磁気センサは、感磁体と該感磁体の外周側に巻回した電磁コイルとを有し、上記感磁体に通電する電流の変化に応じて上記電磁コイルの両端に電位差を発生するＭＩ素子を用いたＭＩセンサであることを特徴とする顎位置測定用のセンサユニット。
請求項４又は５において、上記センサユニットは、上記磁気センサに作用する周辺磁界を検知して、上記磁気センサのセンサ出力を上記周辺磁界の影響分補正するための周辺磁界検知用センサを有することを特徴とする顎位置測定用のセンサユニット。
請求項４〜６のいずれか一項において、上記センサユニットは、上記複数の磁気センサのセンサ出力を基に上記上顎と上記下顎との相対位置を算出する演算部を、一体的に配設していることを特徴とする顎位置測定用のセンサユニット。