JP5941911B2 - 物体の構造的特性を特定するためのシステム及び方法 - Google Patents
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Description
この出願は、2010年6月19日に出願された“SYSTEM AND METHOD FOR DETERMINING STRUCTURAL CHARACTERISTICS OF AN OBJECT”という題名の米国仮特許出願61/356,599号、及び2011年2月14日に出願された“SYSTEM AND METHOD FOR DETERMINING STRUCTURAL CHARACTERISTICS OF AN OBJECT”という題名の米国仮特許出願61/442,293号の優先権及び利益を主張し、これらの全ての内容は、これらの全体を参照することによって本明細書に組み入れられたものとする。
1つの形態において、ドライブ機構は、打診棒のようなエネルギー適用ツールとの結合のため、例えば、ハンドピース筐体内に配置された圧電力センサの測定装置を含んでもよい。測定装置は、操作中の物体との衝突(impact)、又は打診棒によって引き起こされる試料上の任意の振動に基づいて、打診棒の減速度を測定するために適応される。圧電力センサは、物体の特性における変化を検出してもよく、そして、その内部特性を客観的に定量化してもよい。圧電力センサによって転送されたデータは、さらに以下に述べられるシステムプログラムによって処理されてもよい。
れの実施形態におけるスリーブ108とタブ110の側面図を示している。図7bとcに示されたように、タブ110が歯112の上部に載っている間、スリーブ108は、歯のような物体112に接触している。歯112の上部により適切に配置するのために、物体112と接触するタブ110の表面は、コンター型にされてもよく、又は平らであってもよい。図7bと2cは、それぞれ、操作中の図1aと1bのスリーブとタブの実施形態の上面図と正面図の実施形態を示している。
例1:骨密度の生体外研究
本研究のために用いたインプラントは4スレッドチタンインプラント形状は:
1と2.Nobel Biocare(TiO2コーティング、13mm長):Branemark Mark IV(最大直径4mm);選択したテーパード(tapered)を入れ替え(最大直径4.3mm);
3と4.Dentsply(13mm長、5.5mm最大直径);Frialit−2(stepped design);XIVE(designed for immediate loading)
からなる。
2.5x2.5x4cmの気泡(foam)ブロックが製造された。インプラントは、製造者によって“外科的に”に配置された。穴が、模倣された骨ブロック内に手動的に空けられ、そしてインプラントは、トルクレンチで配置された。テストされる橋脚歯は、一貫した取り付け変位で万力内に置かれたインプラントとブロックに取り付けられた。各々の試料に対して3回の測定(30回の衝突)が実施された。
テスト結果は、1と2に対して図10と10a、そして3と4に対して図11と11a、に示された。これらのサンプルは、それら自体の材料におけるわずかな差異を調整することで類似のグラフを作るだろう。しかし、物体は、同じ様に用意されたにもかかわらず、操作者が異なったり又は同一の操作者でも、例えば、物体を取り付けるために異なるサイズの穴が空けられたといった技法においてわずかな変化があったために、グラフは、差異を示した。これらの差異は、器具によって拾い上げられ、グラフにおける差異として示された。これは、周辺環境における差異が本発明の器具によって明らかにされたことを示す。
上述のように、頬側の衝撃(衝突,impact)負荷は、一般的により危険なタイプの負荷である。一般的に、咬合性負荷は、比較的に低い応力を引き起こす。作業且つ/又は非作業動きは、側面の負荷を引き起こし、そして外部表面と内部表面とふち下において高い応力の集中を生成する非常に大きな応力を引き起こし得る。このように、本発明の実施形態は次のテストの実施のために用いられた。
本発明のシステムを用いて、図12に示されたような負荷で、測定が実施された。1〜15ニュートンの最大力の器具が一般に使用された。最大負荷は物体又は試料に応じて選択された。打診棒は、自由に動くことができる状態にあった。運動エネルギーは、制御されていた。衝突速度は、60mm/秒であった。
この解析方法は、本発明のシステム及び方法を用いた実際テストを模倣するために数値モデルの使用を含んだ。
抽出された人間の歯のLCを評価し、そしてインプラントが支持するどのタイプの復元物(例えば、CAD/CAM複合樹脂及びCAD/CAM複合樹脂とセラミック製のアンレーとクラウンからなる酸化ジルコニウム製の橋脚歯(zirconia abutment))が、生理学的に関連のあるダイナミックな負荷に対してより生物模倣的に応答するかを評価するために、図27bに示されたように、幾つかの材料の損失係数(LC)を測定するために本発明の器具が使用された。より適切な材料は、図16bの上側のグラフに類似するベル形を生成したが、あまり適切でない材料は、図16bの下側のグラフに類似して不規則なグラフを生成し、又は自然歯におけるLC値よりも低い値を示した。そのため、試行錯誤することなく、事前に復元物の材料の選択を容易にすることができる。この試行錯誤は、再治療が必要となった場合に、時間を費やしそして高価でありながら、患者を不快にさせ、より損傷を受け得る潜在的危険に患者をさらすこととなる。
患者の口内の実際の人間の歯が、この研究に用いられた。図17と17a〜hの情報は、同一の歯に基づいて生成された。図17と17aは、病理を示さない患者の歯のレントゲン写真を示した。図17bは、また病理を示さない、年代物の合金の復元物の画像を示している。このように、レントゲン写真と目視検査は、いずれも、歯が正常である、つまり欠陥又は亀裂がないことを示した。これらの通常のテスト方法に基づいて、対称又はベル形の時間に対する衝撃(衝突,impact)応答のプロファイル又はグラフが期待できる(又は、図13、14と15内の式に基づいて計算された、図17c内のうすい影のカーブに類似する)。
(付記1)
開放端と縦軸を持つハンドピース筐体と、
引込形状と伸長形状を有し、前記筐体の縦軸に沿って軸上移動するために前記筐体内に取り付けられたエネルギー適用ツールと、
前記筐体の前記開放端から所定距離突出するスリーブと、
前記筐体の前記縦軸に実質的に並行する前記スリーブの部分から伸張するタブと、
前記筐体内に取り付けられたドライブ機構とを含み、前記ドライブ機構は、引込形状と伸長形状の間を前記エネルギー適用ツールを移動するために適応される、
ことを特徴とする物体の構造的特性を特定するための装置。
(付記2)
前記タブは、エネルギー適用の方向以外の任意の方向におけるエネルギーの適用後の前記物体の動きを最小化するために適応される、
ことを特徴とする付記1記載の装置。
(付記3)
前記物体は、解剖学的物体、工業的物体又は物理的物体、又はそれらの組み合わせを含む、
ことを特徴とする付記1又は2記載の装置。
(付記4)
前記タブは、前記装置の前記物体上への直接的な配置を再現可能とするために、使用中に接触する前記物体の表面の外形を実質的にミラーする接触表面を含くむ、
ことを特徴とする付記1、2又は3記載の装置。
(付記5)
前記スリーブは、振動減衰材料、音響減衰材料、振動減衰コーティングを有する材料、又は、それらの組み合わせを含む、
ことを特徴とする付記1、2、3又は4記載の装置。
(付記6)
前記タブは、前記物体上への前記装置の配置を更に補助するために適応される、前記タブに対し実質的に垂直するフィーチャを含む、
ことを特徴とする付記1、2、3、4又は5記載の装置。
(付記7)
前記スリーブとタブは、同一の材料又は同様の熱膨張特性を有する異なる材料を含む、
ことを特徴とする付記1、2、3、4、5又は6記載の装置。
(付記8)
前記ドライブ機構は、前記エネルギー適用ツールの変位又はエネルギー適用後の前記物体の応答を測定且つ/又はセンシングするために適応される、前記ハンドピース内部に配置された測定且つ/又はセンシング装置を含む、
ことを特徴とするいずれの付記1〜7記載の装置。
(付記9)
前記測定且つ/又はセンシング装置は、圧電力センサ又は線形可変差動変圧器を含む、
ことを特徴とするいずれの付記8記載の装置。
(付記10)
前記タブとフィーチャは、同一の材料又は同様の熱膨張特性を有する異なる材料を含む、
ことを特徴とする付記6記載の装置。
(付記11)
前記スリーブは、抗菌性コーティング又は抗菌性特性を有する材料を有する、
ことを特徴とする付記1〜10のいずれか記載の装置。
(付記12)
前記スリーブは、脱着可能である、
ことを特徴とする付記1〜11のいずれか記載の装置。
(付記13)
前記スリーブとタブは、使い捨て又は殺菌可能である、
ことを特徴とする付記1〜12のいずれか記載の装置。
(付記14)
前記ドライブ機構は、前記エネルギー適用ツールが前記物体に衝突した後の離散時間周期の間の前記物体から反射された時間に対する衝撃応答又は前記エネルギー適用ツールの変位を検出するために構成された感知機構を含む、
ことを特徴とする付記1〜7のいずれか記載の装置。
(付記15)
前記解剖学的物体は、歯の構造、自然歯、磨耗又は外傷による欠損を有する自然歯、少なくとも部分的に膿瘍になっている自然歯、又は骨の添加処理を受けた自然歯、人工の歯科インプラント構造、歯科構造、整形外科的構造又は整形外科インプラントを含む、
ことを特徴とする付記3記載の装置。
(付記16)
前記物理的又は工業的物体は、重合体複合物の構造、金属複合物の構造、飛行機、自動車、船、橋、ビル、発電施設、又はアーチ構造を含む、
ことを特徴とする付記3記載の装置。
(付記17)
ハンドピースを含む物体の構造的特性を特定するためのシステムであって、前記ハンドピースは、
開放端と縦軸を持つ筐体と、
前記筐体の縦軸に沿って軸上移動するための前記筐体内に取り付けられたエネルギー適用ツールと、
前記筐体の前記開放端から突出するスリーブと、
引込形状と伸長形状の間を前記エネルギー適用ツールを移動するために適応され、前記筐体内に支持されたドライブ機構と、
前記物体の構造的特性を特定するために適応され、前記ハンドピースに結合されたコンピュータとを含み、
前記スリーブは、前記物体上への前記ハンドピースの直接的な配置を再現可能にするために、その部分から前記ハンドピースに実質的に平行して伸張するタブを有する、
ことを特徴とする前記物体の構造的特性を特定するためのシステム。
(付記18)
物体の前記構造的特性の特定は、前記エネルギー適用ツールによる前記物体上にエネルギーの適用後の前記物体の時間に対する衝撃応答のグラフ又は損失係数の生成を含む、
ことを特徴とする付記17記載のシステム。
(付記19)
前記物体の前記構造的特性は、前記物体又は前記物体が取り付けられた土台の密度、骨密度又は骨結合のレベル、固有又はその他の欠陥、亀裂、欠損、微欠損、微亀裂、セメントシールの損失、セメント破損、接着層破損、微漏出、損傷、腐食、セメント破損、接着層破損、震動減衰、音響減衰、層間はく離、又はそれらの組み合わせを含む、
ことを特徴とする付記17又は18記載のシステム。
(付記20)
前記構造的特性は、固有又はその他の欠陥、亀裂、欠損、微欠損、微亀裂、微漏出、損傷、腐食、層間はく離の位置に関する情報、歯科治療で使用する材料の適合性又は安定性の事前情報、歯構造が修復可能か否かの事前特定、復元処置が成功であるか否かの情報、任意の処置を行った歯の構造が何時再造形されるかに関する情報、歯科治療前後の歯の構造のゆるみに関する情報、又はそれらの組み合わせを含む、
ことを特徴とする付記17又は18記載のシステム。
(付記21)
前記時間に対する衝撃応答のプロファイルは、前記物体の1つ又は複数の構造的特性の形状的特性を有する時間−エネルギー、時間−力、時間−応力、又は加速度のプロファイルである、
ことを特徴とする付記18記載のシステム。
(付記22)
前記コンピュータは、前記時間−エネルギー、時間−力、時間−応力、又は加速度のプロファイルの形を評価するために構成されたデータ解析プログラムを含む、
ことを特徴とする付記17〜21のいずれか記載のシステム。
(付記23)
前記データ解析プログラムは、前記エネルギー適用ツールが前記物体に衝突した後に反射されるエネルギーの最大値をカウントするようにプログラムされる、
ことを特徴とする付記22記載のシステム。
(付記24)
前記タブは、エネルギー適用の方向以外の任意の方向におけるエネルギーの適用後の前記物体の動きを最小化するために適応される、
ことを特徴とする付記17〜23のいずれか記載のシステム。
(付記25)
前記物体は、解剖学的物体、工業的物体又は物理的物体、又はそれらの組み合わせを含む、
ことを特徴とする付記17〜24のいずれか記載のシステム。
(付記26)
前記解剖学的物体は、歯の構造、自然歯、磨耗又は外傷による欠損を有する自然歯、少なくとも部分的に膿瘍になっている自然歯、又は骨の添加処理を受けた自然歯、人工の歯科インプラント構造、歯科構造、整形外科的構造又は整形外科インプラントを含む、
ことを特徴とする付記25記載のシステム。
(付記27)
前記物理的又は工業的物体は、重合体複合物の構造、金属複合物の構造、飛行機、自動車、船、橋、ビル、発電施設、又はアーチ構造を含む、
ことを特徴とする付記25記載のシステム。
(付記28)
前記ドライブ機構は、前記エネルギー適用ツールが前記物体に衝突した後の離散時間周期の間の前記物体から反射されたエネルギー、力、応力又は加速度又は前記エネルギー適用ツールの変位を検出するために構成された感知機構を含む、
ことを特徴とする付記17〜27のいずれか記載のシステム。
(付記29)
前記タブは、前記装置の前記物体上への直接的な配置を再現可能とするために、使用中に接触する前記物体の表面の外形を実質的にミラーする接触表面を含くむ、
ことを特徴とする付記17〜28のいずれか記載のシステム。
(付記30)
前記スリーブは、振動減衰材料、音響減衰材料、振動減衰コーティングを有する材料、又は、それらの組み合わせを含む、
ことを特徴とする付記17〜29のいずれか記載のシステム。
(付記31)
前記タブは、前記物体上への前記装置の配置を更に補助するために適応される、前記タブに対して実質的に垂直するフィーチャを含む、
ことを特徴とする付記17〜30のいずれか記載のシステム。
(付記32)
前記スリーブとタブは、同一の材料又は同様の熱膨張特性を有する異なる材料を含む、
ことを特徴とする付記17〜31のいずれか記載のシステム。
(付記33)
ハンドピースのスリーブから伸張するタブを有するスリーブを物体に対して直接的に配置し、前記物体の異なる表面に対して前記タブと前記スリーブを保ち、
エネルギー適用ツールで前記物体にエネルギーを適用し、
エネルギー適用の結果として前記物体から反射されたエネルギー又は前記エネルギー適用ツールの変位を所定の時間間隔の間計測して記憶し、
物体から反射された応答の時間に対する衝撃応答のプロファイル、又は又は前記エネルギー適用ツールの変位を時間の関数として生成し、そして、
前記物体の構造的特性に関する特定を行うために、前記時間に対する衝撃応答のプロファイルの形を評価する、
ことを特徴とする物体の構造的特性を特定する方法。
(付記34)
前記スリーブと接触する前記物体の表面は、前記タブと接触する前記物体の前記表面に対して実質的に垂直である、
ことを特徴とする付記33記載の方法。
(付記35)
前記タブは、繰り返される測定の間、前記物体上の前記スリーブの配置を再現可能とするために、接触する前記物体の表面の外形を実質的にミラーする接触表面を含くむ、
ことを特徴とする付記33又は34記載の方法。
(付記36)
前記タブは、前記タブに対して垂直するフィーチャを更に含み、前記フィーチャは、前記スリーブと前記タブに接触する表面とは異なる前記物体の表面と接触する、
ことを特徴とする付記33〜35のいずれか記載の方法。
(付記37)
前記エネルギー適用ツールは、打診棒である、
ことを特徴とする付記33〜36のいずれか記載の方法。
(付記38)
前記物体は、土台に固定される、
ことを特徴とする付記33〜37のいずれか記載の方法。
(付記39)
前記物体は、解剖学的物体、工業的物体又は物理的物体、又はそれらの組み合わせを含む、
ことを特徴とする付記33〜38のいずれか記載の方法。
(付記40)
前記解剖学的物体は、歯の構造、自然歯、磨耗又は外傷による欠損を有する自然歯、少なくとも部分的に膿瘍になった自然歯、又は骨の添加処理を受けた自然歯、人工の歯科インプラント構造、歯科構造、整形外科的構造又は整形外科インプラントを含む、
ことを特徴とする付記39記載の方法。
(付記41)
前記物理的又は工業的物体は、重合体複合物の構造、金属複合物の構造、飛行機、自動車、船、橋、ビル、発電施設、又はアーチ構造を含む、
ことを特徴とする付記39記載の方法。
(付記42)
前記物体の前記構造的特性は、前記物体又は前記物体が取り付けられた土台の密度、骨密度又は骨結合のレベル、固有又はその他の欠陥、亀裂、欠損、微欠損、微亀裂、セメントシールの損失、セメント破損、接着層破損、微漏出、損傷、腐食、セメント破損、接着層破損、震動減衰、音響減衰、層間はく離、又はそれらの組み合わせを含む
ことを特徴とする付記33〜41のいずれか記載の方法。
(付記43)
前記構造的特性は、固有又はその他の欠陥、亀裂、欠損、微欠損、微亀裂、微漏出、損傷、腐食、層間はく離の位置に関する情報、歯科治療で使用する材料の適合性又は安定性の事前情報、歯の構造が修復可能か否かの事前特定、復元処置が成功であるか否かの情報、任意の処置が行われた歯の構造が何時再造形されるかに関する情報、歯科治療前後の歯の構造のゆるみに関する情報、又はそれらの組み合わせを含む、
ことを特徴とする付記33〜41のいずれか記載の方法。
(付記44)
前記時間に対する衝撃応答のプロファイルの形は、対称、非対称、複合的、複数のピークを有する、又は不規則である、
ことを特徴とする付記33〜43のいずれか記載の方法。
(付記45)
前記コンピュータは、前記時間に対する衝撃応答のプロファイルの形を評価するために構成されたデータ解析プログラムを含む、
ことを特徴とする付記33〜43のいずれか記載の方法。
(付記46)
前記時間に対する衝撃応答のプロファイルの形の評価は、エネルギー適用後の前記物体から反射されるエネルギーの最大値のカウントを含む時間−エネルギー、時間−力、時間−応力、又は加速度のプロファイルの形の評価を含む、
ことを特徴とする付記33〜45のいずれか記載の方法。
(付記47)
前記タブは、エネルギー適用の方向以外の任意の方向におけるエネルギーの適用後の前記物体の動きを最小化する、
ことを特徴とする付記33〜46のいずれか記載の方法。
Claims (9)
- 開放端と縦軸を持つハンドピース筐体と、
引込形状と伸長形状を有し、前記ハンドピース筐体の縦軸に沿って軸上移動するために前記ハンドピース筐体内に取り付けられたエネルギー適用ツールと、
前記ハンドピース筐体の前記開放端から所定距離突出するスリーブであって、物体と接触するように適応されている物体接触部分を前記開放端に有するスリーブと、
物体接触面を有し、前記スリーブの部分から、前記ハンドピース筐体の前記縦軸に実質的に並行して伸張し、前記物体接触面が前記物体接触部分に実質的に垂直となる、前記スリーブと一体化したタブと、
前記引込形状と前記伸長形状との間で前記エネルギー適用ツールを移動させるために適応され、前記ハンドピース筐体内に取り付けられたドライブ機構と、
を含む、
ことを特徴とする物体の構造的特性を特定するための装置。 - 前記タブは、エネルギー適用の方向以外の任意の方向におけるエネルギーの適用後の前記物体の動きを最小化するために適応される、
ことを特徴とする請求項1記載の装置。 - 前記ドライブ機構は、前記エネルギー適用ツールの変位又はエネルギー適用後の前記物体の応答を測定且つ/又はセンシングするために適応され、前記ハンドピース筐体内に配置された測定且つ/又はセンシング装置を含む、
ことを特徴とする請求項1又は2記載の装置。 - 物体にエネルギーを適用するハンドピースと前記ハンドピースに接続されるコンピュータとを備える物体の構造的特性を特定するシステムであって、
前記ハンドピースは、
開放端と縦軸を持つハンドピース筐体と、
前記ハンドピース筐体の縦軸に沿って軸上移動するために前記ハンドピース筐体内に取り付けられたエネルギー適用ツールと、
前記ハンドピース筐体の前記開放端から突出するスリーブであって、物体と接触するように適応されている物体接触部分を前記開放端に有するスリーブと、
前記物体上への前記ハンドピースの直接的な配置を再現性よくするために、前記スリーブの部分から前記ハンドピース筐体の縦軸に対して実質的に平行方向へ伸張し、前記物体接触部分に実質的に垂直となる物体接触面を有する、前記スリーブと一体化したタブと、
引込形状と伸長形状との間で前記エネルギー適用ツールを移動させるために適応され、前記ハンドピース筐体内に取り付けられたドライブ機構と、
を含み、
前記コンピュータは、
前記物体の構造的特性を特定するために適応される、
ことを特徴とするシステム。 - 前記物体の前記構造的特性は、前記物体又は前記物体が取り付けられた土台の密度、骨密度又は骨結合のレベル、固有又はその他の欠陥、亀裂、欠損、微欠損、微亀裂、セメントシールの損失、セメント破損、接着層破損、微漏出、損傷、腐食、震動減衰、音響減衰、層間はく離、又はそれらの組み合わせを含む、
ことを特徴とする請求項4記載のシステム。 - 前記物体の前記構造的特性は、固有又はその他の欠陥、亀裂、欠損、微欠損、微亀裂、微漏出、損傷、腐食、層間はく離の位置に関する情報、歯科治療で使用する材料の適合性又は安定性の事前情報、歯構造が修復可能か否かの事前特定、復元処置が成功であるか否かの情報、任意の処置を行った歯の構造が何時再造形されるかに関する情報、歯科治療前後の歯の構造のゆるみに関する情報、又はそれらの組み合わせを含む、
ことを特徴とする請求項4記載のシステム。 - 物品接触部分を有するスリーブと、物体に対して直接的にスリーブ部分からハンドピースの縦軸に対して実質的に平行方向に伸張し、物体接触面を有するタブと、を有する前記ハンドピースを配置し、前記物体の異なる表面に対して実質的に垂直な前記物体接触部分と前記物体接触面とを保ち、
前記エネルギー適用ツールで前記物体にエネルギーを適用し、
エネルギー適用の結果として前記物体から反射されたエネルギー又は前記エネルギー適用ツールの変位を、所定の時間間隔で、計測して記憶し、
前記物体から反射された応答又は前記エネルギー適用ツールの変位の時間に対する震動応答プロフィールを時間の関数として生成し、
前記物体の構造的特性に関連する特定を行うために前記時間に対する震動応答プロフィールの形を評価する、
ことを特徴とする物体の構造的特性を特定する方法。 - 前記スリーブの前記物体接触部分と、前記タブの前記物体接触面とは実質的に垂直である、
ことを特徴とする請求項7記載の方法。 - 開放端と縦軸を持つハンドピース筐体と、
引込形状と伸長形状を有し、前記ハンドピース筐体の縦軸に沿って軸上移動するために前記ハンドピース筐体内に取り付けられたエネルギー適用ツールと、
前記ハンドピース筐体の前記開放端から所定距離突出するスリーブであって、物体と接触するように適応されている物体接触部分を前記開放端に有するスリーブと、
物体接触面を有し、前記スリーブの部分から、前記ハンドピース筐体の前記縦軸に実質的に並行して伸張し、前記物体接触面が前記物体接触部分に実質的に垂直となるタブと、
前記引込形状と前記伸長形状との間で前記エネルギー適用ツールを移動させるために適応され、前記ハンドピース筐体内に取り付けられたドライブ機構と、
を含み、
前記タブは、前記物体上への当該装置の配置を更に補助するために適応される、前記タブに対し実質的に垂直なフィーチャを含む、
ことを特徴とする物体の構造的特性を特定するための装置。
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