JPH03501930A - 歯の組織を検査する為の超音波による方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 歯の組織を検査する為の超音波による方法と装置本発明は超音波によって歯の組 織を検査する為の請求の範囲１項の前文による測定方法に関する。

本発明は又方法を実施する為の測定装置に関する。

従来の方法においては、歯の組織の検査はＸ−線機械を用いてなされた。又超音 波によって歯の組織を測定する装置は公知である。医療用超音波ジャーナルとい う刊行物（１９８５年１０月発行、Ｎｏ、１３“歯科診断用の超音波影像システ ムの開発と応用′と（１う論文の第５９７頁乃至第６００頁）には検査すべき歯 に対する超音波測定方法を述べ−ている。

Ｘ−線に含まれた健康上の危険性により、処理操作について実時間の情報を得る 事が困難であり：人は単一の画像で満足しなければならない。Ｘ−線の画像を感 “光し又現像する準備は約７分乃至１０分と（１う比ばならないコンピューター を必要とし、強力なコンピューターでさえも例えば、歯根の溝の形状或は溝内の 孔明用きりのニードルの位置と高い信頼性をもって決める事は不可能である。

本発明の目的は、前述した従来技術の欠点を除去し、歯の組織を検査する為の完 全に新規な超音波による測定方法を提供する事である。

本発明は検査すべき歯の組織に低周波数の振動を与える事を基礎としている。組 織に伝えられた高周波数の超音波は低周波数の振動によって変調される。反射し た超音波信号は時間合せしたゲート作用によって処理され、振動信号成分は、別 の処理の為に帯域通過形フィルターで処理されるものである。歯の組織の境界面 は処理された信号の振巾の最大限度によって表わされる。

特に、本発明による方法は、請求の範囲第１項の特徴部分に述べられている事に よって特徴づけられる。

更に、本発明による装置は、請求の範囲第６項の特徴部分に述べられている事に よって特徴づけられている。

本発明は実質的な利点を有する。

従って、本発明による方法は、組織の′境界面形状と処理操作中の処理工具との 実時間の位置測定を行う。

装置は使用が容易であり、病人にとうて無害である。

更に、装置は得られた解決と、使用の容易性により安価である。

次に、本発明は添付した図面による実施例によって更に詳細に検討される。

第１図は本発明による測定システムを示す。

第２図は本発明によるシステムによって得られたコンピューター処理された像を 示す。

第３図は本発明による測定システムをブロック図で示す。

第４図は第３図に示されたシステムにおける１つの測定チャンネルをブロック図 で示す。

第５図は第４図に示された測定システムにおける１つの振動サイクルにわたる信 号のタイミング図を示す。

第６図は本発明による他の測定システムを斜視図で示す。

第７図は第６図で示したシステムの操作を特に概略の平面図で示す。

第１図に示された実験室の装置を用いて、検査すべき歯がドリルアーム２に取り つけられたトランスジューサー３の下方のＸ−Ｙテーブル］によって走査される 。Ｘ−Ｙテーブルはテーブルの測微ねじにとりつけられたステッピングモーター ５を経てコンピユー・ター４により制御される。更に、ステッピングモーター５ とコンピューター４との間には別のコントローラー６が設けられて居りステッピ ングモーター５のバッファー増巾器として作用する。トランスジューサー３は焦 点合せされた５Ｍｔｌｚの超音波トランスジューサーである。通常、超音波トラ ンスジューサー３は送信部と受信部とを有する。最近、大部分のトランスジュー サーはセラミックの圧電材料でできている。針のプローブ７が接触セメントによ って小型ブザー８の金属箔の取りつけられる。小型ブザー８はオツシレータ−９ によって駆動され、このオツシレーターは２００乃至６００１１ｚの範囲内で調 整され得る発振周波数を有する。

オツシレータ−９の入力は約４Ｗであるが、生じた出力は市販されているパイブ レーク−におけるよりも低いのが好ましい。従来の実験室の電源は、電源１ｏの ように用いられる。トランスジューサーに対する必要なエネルギーパルスはパル サー１１によって発生し、このパルサーは又受信したエコー信号に対する受信器 及び増巾器として作用する。、受信されたエコーパルスようなタイミングでゲー トユニット１２によってゲート操作される。フィルター１３はエコーパルスから 濾波される帯域によりてニードル７の振動周波数を抽出する為に用いられ、レク チファイヤ−１４は整流によって振動レベル信号を与える。検出された信号レベ ルはシステムにとりつけられ、コンピューター１４によっ′Ｃ制御される電圧計 １５によって測定される。波形はオッシロスコープ１６によって調べられる。更 に、コンピューター４は全体の測定時間を詳しく調べ、フロッピーディスクに測 定データを収集する。検査される歯に対する掃引パターンは２５Ｘ４０のセルマ トリックス内に形成され、セルの寸法は０．５ＸＯ１５關２である。記録された 電圧値はフロッピーディスクに記憶される。検査領域に対する各測定時間は約４ ５分かかった。測定対象物は豚のあごの骨であった。

測定は次の基本的なセツティングを用いてなされた。針のプローブ７からトラン スジューサー３迄の距離は略２０ｍ＋ｓであり、トランスジューサーの駆動信号 周波数は５ＭＨｚ、水中における針のエコーの遅れは略２５ミクロン、そして針 の振動周波数は略５００）１ｚである。

検査される歯は水中に浸たされ、奥歯（臼歯）が検査の為に選ばれた。浴槽の温 度は略２０℃であった。

フロッピーディスクに記憶されたデーターはベーシックでかかれたプログラムを 用いて分析した。プログラムに対する入力データーはノイズフロア−から検出さ れ褥る歯の振動による電圧値と同様針の振動による信号電圧値の高い値からとっ た。プログラムの実行が遅いのは主として用いられたベーシックプログラムによ る。検査における好結果は検査をする歯をしめらせ、又歯とトランスジューサー との間にゴムのブラダ−をおく事で得られた。

第２図に１２倍に拡大した測定されたマトリックスを示す。かくして図中のマト リックスセルは略６×６龍２の寸法を有する。マトリックスは一つの長手方向に 断面した歯の部分を示す。各マトリックスセルは一つの測定結果に相当し、実際 には一つの測定された直流電圧値に関係がある。針のプローブ７は最も暗いラス ターをもった水平の棒状の領域として図面の中央に見られる。あごの骨は図面の 右側に見られる。かくして、針のプローブの位置は、本発明による配置によって 容易に決められる。更に、背景に対する歯の形状の識別はいくつかの続いてとら れた画像を平均する事によって可能となる。図示は歯の髄腔３０と歯１７の外表 面とを決める境界線で強められる。

測定結果の値は変調針の操作周波数によって本質的に影響しなかった。逆に、− 針の操作周波数は測定速度上重大な効果を有した。大きな周波数は相当に速い測 定結果となった。更に、妨害値は針の操作周波数に関係があった。即ち、問題は パルサーのパルス率（略５．５ｋＨｚ）と主たる妨害周波数（５０）１ｚ）との 相互作用が最小となるような振動周波数を見つける事の困難性から生じた。適当 な周波数の範囲は２００乃至８００Ｈｚであった。商業的な適用においては、針 の振動周波数が約１　ｋＨｚになるようにパルス率は約２０　ｋＨｚに増加すべ きである。このように、測定速度は十分に速く、更に必要な信号のフィルター作 用が容易に実現する。

第３図によると、商業的に製作した測定装置はトランスジニーサーユニット１８ と分析ユニット１９と、更にアナログ部２０、データー検さく部２１、データ− 処理部２２及び画像処理部２３を有する。更に、システムは歯科医によって従来 用いられた歯髄処理装置を操作する圧縮空気である図示しない振動器を有する。

トランスジューサーユニット１８は線形アレーの超音波トランスジューサーとト ランスジューサーを動かす為のアクチュエーター機構を有する。この配置は実験 室の実験中のシステムに用いられたＸ−Ｙテーブルにおきかえられる。トランス ジューサーユニット１８は又トランスジューサー信号の増巾とアクチュエーター 機構の制御の為に必要な電子回路を存する。トランスジューサーユニットのデザ イ、ンは、実験中歯に対しておしつけられる電気的な歯ブラシに似ている。トラ ンスジューサーユニット１８は分析ユニット１９に接続される。データー検さく 部２１の目的は測定を制御し、アナログ部２０からＲＡＭメモリーえの測定結果 を収集する事である。データー処理部２２はデーター検さく部２１のメモリーか ら測定結果を読みとってパターン認識の為必要な操作をする。画像処理部２３は 画像ファイルを生じ、ＣＲＴ或は他の同様な出力装置を制御する。システムは画 像層成を゛なし、１０秒間で少なくとも１画像の割合で更新を行い得る。

第４図に示すのは、１つのトランスジューサーの為に作用する分析ユニット１９ の１つの測定チャンネルである。チャンネルの全体の数は、線形アレーのトラン スジューサーの数に等しい。データー検さく部２１は現実のトランスジューサー ユニット１８とアナログ部２０の操作を制御する。

データー検さく部２１はタイマー２２に必要な制御情報を与え、プレアンプＡ２ の利得と共に窓付用の遅延の長さを制御する。タイマー２２は制御パルスＵｏを パルサー２４に伝え、遅延部２５に窓付用の遅延開始時間を与える。プログラム に作ることができる遅延部２５はゲート操作用窓の必要な制御信号Ｕ８をアナロ グスイッチ２６に生ずる。パルサー２゛４は制御パルスＵｌを超音波トランス− ジューサー２７に合致した値で与える。超音波トランスジューサー２７はパルス エコー形である。アンブリファイヤーＡ１は分析ユニット１９えのケーブルによ って伝えられる十分に大きな信号Ｕ２を得る為に、略２０ｄＢまでエコー信号Ｕ １を増巾する。制御し得るアンブリファイヤーＡ２によって増巾されたエコー信 号Ｕ２の電圧値はＡＭ検波の為、適当な値に調整される。ＡＭ検波器２８は増巾 されたエコー信号Ｕ３のエンベロープ信号である信号Ｕ４を生じ、る。アナログ スイッチ２６は検査される所望の深さから受けたエコーであるエコー信号Ｕ５を 更に処理する為、開く。帯域フィルター２９はエコー信号Ｕ　から変調振動周波 数Ｕ６を分離する為に用いられる。振動周波数の振巾信号Ｕ７はレクチファイヤ −３１によって濾波された振動周波数の信号Ｕ５から整流によりて検波される。

検波された信号Ｕ７はＡＤ変換器３２によってディジタル処理の為適当なフォー マットに変換される。

第５図は、第４図に示した実施例のブロック図の異なる点における１つの振動サ イクルにわたる波形を示す。図示したサイクルの前に、十分に多くの数の振にそ の最終値になっている。間の１区分は略１０マイクロセカンドに相定し、従って 変調周波数は約２　ｋＨｚである。

第６図によると、ルートチャンネルブローチ（ｒｏｏｔ　ｃｈａｎｎｅｌ　ｂｒ ｏａｃｈ）　３３が歯１７の歯髄内に挿入される。ブローチ針３３は、ホース３ ４を経てブローチェ具３３に接続された圧縮空気によって操作する。

超音波トランスジューサーユニット３５は、例えば８個の離間したトランスジュ ーサーからなる線形アレイトランスジューサー３６よりなる。線形アレイトラン スジューサー３６はアレイ本体３７内に設けられ、その寸法は深さａが略１６順 、長さｂが略２０ｍｍ、そして高さＣが略２０ｍｍである。アレイトランスジュ ーサー３６は、超音波トランスジューサーユニット３５の支持腕に設けられたモ ーター３９とトランスジューサー構３８により、長手方向の軸のまわりに本体３ ７内を動き得る。トランスジューサ一本体３７と歯１７との間には例えば水で満 たされたブラダ−４２が挿入されている。超音波ユニット３５のハンドル部内の アクチュエーターモーター３９に近接して電子ユニット４０が設けられて居り、 このユニットはモーター３９の制御と信号の再処理の為に作用する。測定信号は 別第７図によると、検出される組織部の厚さ小はゲート操作用窓の寸法によって 決まる。狭い窓で薄い部分が分析され、従ってゲート、操作用窓を狭くする事に よって深さの検知感度を改良する。従って、部分の深期 さの位置は窓の時槙にあわせた移動によって決まる。

従って、ゲート操作用窓がパルスの送信時から時間軸上で移動すればする程検査 部分は深さの軸にそって更に深く移動する。針７の振動によって生じた変調によ って、アレイトランスジューサー３６から得られたエコー信号、即ち針及び他の 振動対象物から受けたエコーはゲート操作する信号用窓内の他の領域から受けた 如何なる他の信号よりも十分高い信号値を示す。

本発明による装置の操作要素は次のように変化する。バイブレータ−の振動周波 数は略１００乃至１０００）１　ｚ　ｓ適当な超音波周波数は略３乃至１５ＭＨ ｚ、エコー信号のクーは略２０乃至６０ｄＢである。

本発明による方法は医療適用に加えて用いられ固い物質が軟かい物質に組み込ま れるような身体の合成構造を検査する為に用いられる。

測定される対象物の振動を考えると、トランスジューサー自身は選択的に低い周 波数で振動する。本発明における実施例の本質的な特徴は測定対象物と低い周波 数におけるトランスジューサーとの間の相対的な動きである。

国際調査報告 ＋＋ｔｏ＋Ｉｎ＋＋、ａｌ＾ずく−１１，、、＋番−−ｈのＰＣＴ／王＝′＝ε ε１０○ニアｕ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）歯の組織を検査する為の超音波による測定方法、特に繰り返えして次の事 が周期的になされる方法であって、 高周波の超音波パルスが超音波源（３６）によって生じ、 超音波パルスが検査される対象物（１７）に指向し、 対象物（１７）から反射するエコーが電気信号に変換し、 反射するエコー信号の強さと遅延は送られたパルスに関連して決まり、 検査される測定対象物（１７）のモデルは遅延と強さから生じ、 測定対象（１７）或は超音波源（３６）は低周波数で振動し、低周波数の振動信 号の信号値はエコー信号から検出され、それによって振動対象物（１７）の境界 の位置を伝わった高周波数のパルスに関連する検出された低周波信号の最大値に 対応する遅延から抽出する事を特徴とする歯の組織を検査する為の超音波による 測定方法。 （２）測定対象物（１７）はある周波数で振動し、その高周波数の超音波信号に 対する比率は１／７×１０４乃至１／３×ｌ０３好ましくは略８／１０５である 請求の範囲１項記載の歯の組織を検査する為の超音波による測定方法。 （３）測定対象物（１７）は２００乃至１０００Ｈｚ、好ましくは８００Ｈｚの 周波数で振動する請求の範囲２項記載の歯の組織を検査する為の超音波による測 定方法。 （４）検査される歯（１７）は歯根の溝（３０）に挿入された圧縮空気で操作さ れる針（７）によって振動する前記請求の範囲の何れか１項記載の歯の組織を検 査する為の超音波による測定方法。 （５）低周波数の振動信号の値は高周波数のエコー信号からＡＭ検出によって検 出され、ＡＭを検出されたエコー信号は一時的にゲートされ、ゲートされた信号 は濾波され、濾波された信号は整流され、それによって振動対象物（１７）の境 界の位置が伝わった超音波パルスに対する整流された信号の最大値の一時的な関 係から決まる前記請求の範囲の何れか１項記載の歯の組織を検査する為の超音波 による測定方法。 （６）特に歯の組織を検査する為の超音波による測定装置であって、この装置は 、 高周波数の信号を発生し得るパルス発生器（２４）と、このパルス発生器（２４ ）に接続され、高周波数の駆動信号が検査される対象物（１７）の方向にむき得 る超音波放射に変換される超音波トランスジューサー（３６）と、音響的な信号 が電気信号に変換され得る超音波受信機（３６）と、この受信機（３６）にとり つけられ、超音波受信機（３６）で受けた信号の強さと遅延が伝達信号に関連し て決められ、生ずべき測定対象物のモデルを生じせしめるものにおいて、測定対 象物或は超音波送信機（３６）を低周波数で振動させる振動機（３３）と、超音 波受信機（３６）に接続され、低周波数の振動信号の値が、高周波数のパルスに 関連する低周波数の信号の最大値に対応する遅延から振動対象物（１７）の境界 の位置を決め得るようエコー信号から検出され得る検出装置（２０）とよりなる 歯の組織を検査する為の超音波による測定装置。 （７）振動機（３３）は、検査される歯（１７）の歯根の溝内に挿入された圧縮 空気で操作される針（７）である請求の範囲６項記載の歯の組織を検査する為の 超音波による測定装置。 （８）低周波数の振動信号値がエコー信号からＡＭを検波されるＡＭ検波器（２ ８）と、ＡＭを検波されたエコー信号は一時的にゲートされる窓付用ゲート（２ ６，２５）とウィンドウ信号が濾波され得るフィルター（２９）と、濾波された 信号は、振動対象物の境界の位置が伝えられた超音波パルスに対する整流された 信号の量大値の一時的関連から決められるように整流され得るレクチファイヤー （３１）とよりなる請求の範囲６項或は７項記載の歯の組織を検査する為の超音 波による測定装置。 （９）フィルター（２９）は帯域フィルターであって、その中心の周波数は振動 周波数に調和する請求の範囲８項記載の歯の組織を検査する為の超音波による測 定装置。