JP5367530B2

JP5367530B2 - 根尖位置検出装置

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Publication number: JP5367530B2
Application number: JP2009243819A
Authority: JP
Inventors: 眞司腰野; 亮太下山
Original assignee: Adtex Inc
Current assignee: Adtex Inc
Priority date: 2009-10-22
Filing date: 2009-10-22
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2029-10-22
Also published as: JP2011087766A

Description

本発明は、根管治療の際に根尖を精度よく検出できる装置に関するものである。

虫歯の治療を行う際に、神経、血管が通う歯牙の空洞である根管内にある細菌に感染してしまった歯質や神経を除去する。その後、歯科医師は、根管の奥（根尖）の位置を把握して、リーマ、ファイル等の切削工具で根管を根尖まで削って拡大する。次いで、根管拡大を行った根管を洗浄する根管洗浄を行い、拡大した根管に所定の材料を充填する根管充填を行う。

従来、測定電極と口腔電極との間のインピーダンスの変化から根尖位置を検出するものが知られている。例えば、特許文献１は、印加された測定電圧の波形と測定電極と口腔電極間に流れる負荷電流の波形とを比較し、測定電極の先端が根尖付近に達して電圧波形と電流波形とのずれの状態が変化することで根尖位置を検出することを提案している。また、特許文献２は、測定電極と口腔電極の間に周波数の異なる測定電圧を印加し、各測定電圧に対応して得られた根管内インピーダンス値の比を算出し、測定電極の先端が根尖付近に達して等価インピーダンスが減少し、上記根管内インピーダンス値の比が変化することを検知して根尖位置を検出することを提案している。

従来のインピーダンス法では、根管内の状態の影響を除くために測定の度にキャリブレーションが必要であった。これに対して特許文献１、２の提案は、キャリブレーションを省略できる利点がある。

特許第２８７３７２６号公報特許第２８７３７２２号公報

しかるに、切削工具による根管の切削を迅速かつ正確に行うために、根尖位置をより精度よく検出することが歯科医療の現場で常に求められる。
本発明は、このような課題に基づいてなされたもので、根尖位置をより精度よく検出できる根尖位置検出装置を提供することを目的とする。

本発明者等は、測定電圧を印加することで測定電極と口腔電極の間に流れる電流検出し、これを実部（real part）と虚部（imaginary part）に分離し、根尖の位置に対する印加電圧の周波数と虚部との関係を求めたところ、図２に示されるように、虚部に特異な変化が現れること、さらに、測定電極の移動量に対する電流の変化率が虚部だと大きいことを知見した。この知見に基づいて、虚部を用いて検出された根尖位置と実測された切削工具の位置を比較したところ、虚部を用いることにより精度よく根尖位置を検出できることが確認された。
以上の検討結果に基づく本発明の根尖位置検出装置は、根管内に挿入される測定電極と、口腔に保持される口腔電極に加えて、電圧印加手段と、電流成分分離手段と、位置検出手段を備えている。
電圧印加手段は、測定電極と口腔電極の間に測定電圧を印加する。
電流成分分離手段は、測定電圧を印加することにより測定電極と口腔電極の間に流れる全電流から虚部を分離する。
位置検出手段は、測定電極が根尖に向けて移動する過程の虚部の変化に基づいて測定電極の位置を特定する。
さらに、電圧印加手段は、第１の周波数による第１の測定電圧と、第１の周波数とは異なる第２の周波数による第２の測定電圧を印加する。
また、電流成分分離手段は、第１の測定電圧の印加に基づく第１の全電流から第１の虚部を、また、第２の測定電圧の印加に基づく第２の全電流から第２の虚部を分離する。
そして、位置検出手段は、第１の虚部と第２の虚部を比較することで根尖位置を特定することを本発明の根尖位置検出装置は特徴とする。

本発明の根尖位置検出装置において、第1の虚部と第２の虚部が一致すると測定電極が根尖に達したことを検出できる。

本発明の根尖位置検出装置によれば、根尖位置を精度よく検出することができるので、切削工具による根管の切削を迅速かつ正確に行うことができる。
また、本発明の根尖位置検出装置によれば、後述するように、薬液の相違による根尖位置の検出結果のずれが小さいので、薬液の種類にかかわらずに根尖位置を精度よく検出できる。

根管に対する測定電極（先端）の位置と印加する測定電圧の周波数とを変動させて検出された全電流値と周波数の関係を示すグラフである。根管に対する測定電極（先端）の位置と印加する測定電圧の周波数とを変動させて検出された全電流から分離した虚部電流値と周波数の関係を示すグラフである。本実施の形態による根尖位置検出装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態による根尖位置検出装置が、検出された全電流から虚部を分離する第１の手法の手順を示す図である。本実施の形態による根尖位置検出装置が、検出された全電流から虚部を分離する第２の手法を実行する回路構成を示すブロック図である。検出された全電流から虚部を分離する第２の手法の手順を示す図である。本実施の形態による根尖位置検出装置を用いて行った根尖位置の判定実験の結果を示すグラフである。従来の根尖位置検出装置を用いて行った根尖位置の判定実験の結果を示すグラフである。

添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を説明する前に、本発明の基礎となった実験について説明する。
実験は、抜去された歯（供試歯）に第１の電極（測定電極に対応）から電圧を印加し、第２の電極（口腔電極に対応）を通る電流を検出するものである。この際、印加する電圧の周波数を、０．０４ｋＨｚ、０．１ｋＨｚ、０．３ｋＨｚ、０．７ｋＨｚ、２ｋＨｚ、５ｋＨｚ、１４ｋＨｚ及び３９ｋＨｚの８種類とした。また、第１の電極の先端が供試歯の根尖から所定の距離（λ）にある測定点ごとに電流を検出した。測定点は、λ＝１．０ｍｍ、０．７５ｍｍ、０．５ｍｍ、０．２５ｍｍ、０ｍｍ及び−０．２５ｍｍであり、例えば「１．０ｍｍ」とは根尖より１．０ｍｍ上方の位置をいい、「０ｍｍ」とは根尖と一致する位置をいい、「−０．２５ｍｍ」とは根尖より０．２５ｍｍ下方の位置をいう。なお、供試歯は抜歯されたものであるから、根尖より下方まで第１の電極を移動できるため、「−０．２５ｍｍ」についても電流を検出した。

検出された全電流は、図１に示すように、第１の電極の先端位置にかかわらず、印加電圧の周波数が高くなれば電流値が高くなる傾向を示している。
検出された全電流から虚部を分離し、その電流と印加電圧の周波数の関係をグラフにしたのが図２である。図２に示されるように、第１の電極の位置によって、電流と周波数との関係曲線の形態が変化する。より具体的にいうと、第１の電極が根尖に近づくと、電流値が特定の周波数でピークを示し、前記関係曲線は鎌首を持ち上げるような形態をなしている。そして、λ＝１．０ｍｍの位置においては、周波数が２ｋＨｚのときの電流値は周波数が３９ｋＨｚのときの電流値よりも大きくなっているのに対して、λが０ｍｍ（根尖の位置）においては、周波数が２ｋＨｚのときの電流値よりも周波数が３９ｋＨｚのときの電流値が大きくなっている。つまり、２ｋＨｚと３９ｋＨｚのときの電流値の大小関係が、根尖(λ＝０ｍｍ)付近を境に逆転している。この傾向は、他の供試歯（１２本）についても同様に現れている。したがって、電流値がピークを示す周波数の前後にある二つの周波数の電圧（例えば、２ｋＨｚと３９ｋＨｚ）を印加して検出された全電流から分離された虚部を各々ＩＰ_{（２ｋＨｚ）}、ＩＰ_{（３９ｋＨｚ）}とすると、ＩＰ_{（２ｋＨｚ）}−ＩＰ_{（３９ｋＨｚ）}＝０の条件を満足することにより、第1の電極（測定電極）が根尖に到達したものと判定できる。

第１の電極が根尖に近づくと前記関係曲線の形態が変化するという上述の特徴に加えて、図２は、第１の電極から根尖までの距離による電流の変化率が大きいという特徴を示している。つまり、虚部のみを対象とする図２において、印加電圧の周波数が３９ｋＨｚのときの、λ＝１．０ｍｍの電流値Ｉ_{（λ＝１．０ｍｍ）}とλ＝０ｍｍの電流値Ｉ_{（λ＝０ｍｍ）}を比較すると、Ｉ_{（λ＝０ｍｍ）}はＩ_{（λ＝１．０ｍｍ）}の８倍程度である。これに対して、図１において、印加電圧の周波数が３９ｋＨｚのときの、λ＝１．０ｍｍの電流値Ｉ’_{（λ＝１．０ｍｍ）}とλ＝０ｍｍの電流値Ｉ’_{（λ＝０ｍｍ）}を比較すると、Ｉ’_{（λ＝０ｍｍ）}はＩ’_{（λ＝１．０ｍｍ）}の３倍程度である。このことは、虚部を用いることにより、根尖の位置を高精度で検出できることを示唆している。

なお、上記では、ＩＰ_{（２ｋＨｚ）}−ＩＰ_{（３９ｋＨｚ）}＝０であることが、第１の電極が根尖に到達したことの条件としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、比較する２つの周波数（ｆ１，ｆ２）を変えることにより、ＩＰ_（ｆ１）＝ａ×ＩＰ_（ｆ２）（ａは定数）であることが、第１の電極が根尖に到達したことの条件とすることもできる。同様に、ＩＰ_（ｆ１）−ＩＰ_（ｆ２）＝ｂ（ｂは定数）であることが、第１の電極が根尖に到達したことの条件とすることもできる。さらに、ＩＰ_{（２ｋＨｚ）}とＩＰ_{（３９ｋＨｚ）}の比を第１の電極が根尖に到達したことの条件とすることも可能であり、例えばＩＰ_{（２ｋＨｚ）}／ＩＰ_{（３９ｋＨｚ）}＝ｃ（ｃは定数）であることが第１の電極が根尖に到達したことの条件とすることもできる。

以上の知見に基づく根尖位置検出装置の一形態を、図３〜図６を参照して説明する。
本実施の形態による根尖位置検出装置１０は、歯牙１の根管１ａに測定電極２を挿入して根尖１ｂの位置を検出するものである。測定電極２は、リーマ、ファイル等の切削工具から構成される。
根尖位置検出装置１０は、測定電極２と対をなす口腔電極３を備える。口腔電極３は、歯周組織１ｃと口唇１ｄの間に差し込まれる。
また、根尖位置検出装置１０は、電圧印加手段４と、電流検出・成分分離手段５と、位置検出手段６と、表示手段７を備える。

＜電圧印加手段４＞
電圧印加手段４は、交流電圧を生成し、測定電極２に印加する。電圧印加手段４では周波数の異なる２種類の交流電圧が生成される。つまり、電圧印加手段４内の発信回路で各々生成される周波数ｆ１、ｆ２の交流電圧が切り替えて測定電極２に交互に印加される。周波数ｆ１、ｆ２の交流電圧を測定電極２に交互に印加するには、公知の手段、例えばアナログ・マルチプレクサを用いればよく、切り替えの間隔は５〜２０ｍｓｅｃ．とすればよい。なお、周波数ｆ１、ｆ２は、電流値がピークを示す周波数の前後にある二つの周波数である。また、周波数の異なる２種類の交流電圧を測定電極２に印加するには、周波数ｆ１、ｆ２の交流電圧を重畳してもよい。

＜電流検出・成分分離手段５＞
電流検出・成分分離手段５の動作は以下の通りである。
電流検出・成分分離手段５は、測定電極２に交流電圧を印加することにより測定電極２と口腔電極３の間に流れる負過電流（全電流）を検出する。電流検出・成分分離手段５は、取得した全電流を成分分離し、虚部電流（虚部）を抽出する。虚部の抽出方法について、二つの形態を説明するが、本発明がこれらに限定されないことは言うまでもない。

虚部抽出の第１の形態は、検出された全電流をＡ／Ｄ変換した後、印加電圧との時間関係を比較し、抽出された進相電流成分から虚部を特定することを要旨とする。より具体的には、図４を参照しながら説明する。
印加電圧に対して検出電流は同位相となるとは限らず、この例では検出電流は印加電圧に対して４５度進んでいるものとする。
電流検出・成分分離手段５内に仮想ゲートを設定する。ここでは仮想ゲートとして、検出電流の実部を抽出するためのもの（仮想ゲート：Ｉ−０）と、検出電流の虚部を抽出するためのもの（仮想ゲート：Ｉ−９０）を示している。
仮想ゲート：Ｉ−０は、印加電圧と同位相のパルス波形（値が1又は０）を有しており、値が１の期間には検出電流がこの仮想ゲート：Ｉ−０を通過する。仮想ゲート：Ｉ−０を通過した電流が、検出電流の実部に相当する。また、仮想ゲート：Ｉ−９０は、印加電圧に対して位相を９０度（１／４周期）だけ進ませたパルス波形（値が1又は０）を有しており、値が１の期間には検出電流がこの仮想ゲート：Ｉ−９０を通過する。仮想ゲート：Ｉ−９０を通過した検出電流（進相成分）が、検出電流の虚部に相当する。
仮想ゲート：Ｉ−９０を通過した検出電流、つまり虚部の電流波形を図４の最下段に示している。この電流波形の平均を虚部の電流値とすることができる。
以上の処理を繰り返すことで、虚部が連続的に抽出される。
なお、ここでは単一の周波数に対する虚部を特定する手順を示したが、２つの周波数に対応する虚部（進相成分）を特定するには、以上の処理を周波数ごとに行えばよい。また、位相を９０度進んだものを進相成分としているが、これは理想的な値であって、９０度から数度程度ずれていても支障はない。

虚部抽出の第２の形態は、スイッチ手段を用いて抽出した虚部電流を積分して虚部を特定することを要旨とする。
図５に、虚部抽出の第２の形態を実施するための回路構成を示している。電流検出・成分分離手段５内に、検出電流の中で、印加電圧と同位相の電流を通過させる第１のスイッチＳ１と、印加電圧よりも位相が９０度進んだ電流を通過させる第２のスイッチＳ２を備える。第１のスイッチＳ１及び第２のスイッチＳ２のオン（ＯＮ）、オフ（ＯＦＦ）の制御信号は、電圧印加手段４から第１のスイッチＳ１及び第２のスイッチＳ２に送られる。
図６に示すように、第２のスイッチＳ２（進相）がＯＮの期間中に通過される電流を、例えば１０波形分を積分し、積分結果をＡ／Ｄ変換した値を虚部として特定する。積分結果をＡ／Ｄ変換した後に、積分結果をリセットし、新たな１０波形分を積分する。
以上の処理を繰り返すことで、虚部が連続的に特定される。また、２つの周波数に対応する虚部（進相成分）を特定するには、以上の処理を周波数ごとに行えばよい。

＜位置検出手段６＞
位置検出手段６の動作は以下の通りである。
位置検出手段６は、電流検出・成分分離手段５で分離、抽出された虚部（進相成分）の電流値情報を取得する。この電流値情報は、周波数ｆ１の印加電圧に対応する電流値情報ＩＰ_（ｆ１）と周波数ｆ２の印加電圧に対応する電流値情報ＩＰ_（ｆ２）である。
位置検出手段６は、ＩＰ_（ｆ１）とＩＰ_（ｆ２）を継続して取得しながら両者の差を算出する。そして、ＩＰ_（ｆ１）とＩＰ_（ｆ２）がＩＰ_{（２ｋＨｚ）}−ＩＰ_{（３９ｋＨｚ）}＝０となったならば、位置検出手段６は、測定電極２が根尖１ｂに到達したと判定する。なお、判定の条件は、ＩＰ_{（２ｋＨｚ）}−ＩＰ_{（３９ｋＨｚ）}＝０に限らないことは上述の通りである。

位置検出手段６は、測定電極２が根尖１ｂに到達したと判定したならば、そのことを表示手段７に表示させる。表示の形態は問わないが、好ましくは、測定電極２が根管１ａに挿入された測定電極２の先端の根尖１ｂに対する位置づけが判るように表示する。例えば、根尖１ｂまで遠い場合には点灯させる表示ランプの数を多くし、根尖１ｂまで近い場合には点灯させる表示ランプの数を少なくするといった具合である。
表示手段７は、視覚的に表示されるものに限らず、音声、振動等のように、人間の五感で認識できるものであれば問わない。

次に、本実施の形態による根尖位置検出装置１０を用いて行った実験の結果を説明する。なお、比較として、特許文献２（周波数の異なる測定電圧を印加し、各測定電圧に対応して得られた根管内インピーダンス値の比を算出して根尖位置を特定）に従う根尖位置検出装置を用いて同様の実験を行った。
実験条件は以下の通りである。
測定方式：引き上げ方式
印加電圧：周波数を連続的に変化（掃引）させ、２ｋＨｚの点、３９ｋＨｚの点で検出
使用測定器：Agilent社製インピーダンスアナライザ４２９４Ａ
対象：供試歯１２本
根管内薬液：生理食塩水、次亜塩素酸ナトリウム
根尖位置判定：ＩＰ_{（２ｋＨｚ）}−ＩＰ_{（３９ｋＨｚ）}＝０となった時に、測定電極２が根尖１ｂに到達したものと判定
誤差の特定：根尖位置検出装置１０で根尖位置と判定されたときに、測定電極２から根尖１ｂまでの距離を実測し、それを誤差とする

実験結果を図７（本発明）、図８（特許文献２）に示すが、本発明は特許文献２の方法に比べて判定誤差が小さい。また、特許文献２の方法は、生理食塩水と次亜塩素酸ナトリウムとで判定誤差の範囲がずれているのに対し、本発明は生理食塩水と次亜塩素酸ナトリウムの判定誤差が同じ範囲に収まっており、薬液の相違による判定誤差のばらつきが小さいことが判る。なお、図７、図８において、誤差が「０〜０．１９ｍｍ」とは、根尖位置検出装置１０で根尖位置と判定されたときの実測値が０〜０．１９ｍｍの範囲内にあることを示している。

以上の通りであり、検出電流から分離、抽出された虚部を用いて根尖位置を判定する本発明の装置は、従来の根管内インピーダンス値の比を算出して根尖位置を特定する装置に比べて、精度よく根尖位置を検出できることが確認された。また、本発明の装置は、薬液の相違による判定誤差のばらつきを小さくできることが判る。

これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。

１０…根尖位置検出装置
１…歯牙、１ａ…根管、１ｂ…根尖、１ｃ…歯周組織、１ｄ…口唇
２…測定電極、３…口腔電極
４…電圧印加手段、５…電流検出・成分分離手段、６…位置検出手段、７…表示手段

Claims

根管内に挿入される測定電極と、
口腔に保持される口腔電極と
前記測定電極と前記口腔電極の間に測定電圧を印加する電圧印加手段と、
前記測定電圧を印加することにより前記測定電極と前記口腔電極の間に流れる全電流から虚部を分離する電流成分分離手段と、
前記測定電極が根尖に向けて移動する過程の前記虚部の変化に基づいて前記測定電極の位置を検出する位置検出手段と、
を備え、
前記電圧印加手段は、
第１の周波数による第１の測定電圧と、第１の周波数とは異なる第２の周波数による第２の測定電圧を印加し、
前記電流成分分離手段は、
前記第１の測定電圧の印加に基づく第１の全電流から第１の虚部を、また、前記第２の測定電圧の印加に基づく第２の全電流から第２の虚部を分離し、
前記位置検出手段は、
分離された前記第１の虚部と前記第２の虚部を比較することで根尖位置を検出する、
ことを特徴とする根尖位置検出装置。
前記位置検出手段は、
前記第1の虚部と前記第２の虚部が一致すると前記測定電極が根尖に到達したものと判定することを特徴とする請求項１に記載の根尖位置検出装置。