JPH03502770A - 人体またはその一部の動きを測定および分析する装置 - 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】 人体またはその一部の動きを測定および分析する装置 区」（Ｊ！互 本発明は、人体の動きを電気的手段によって測定および分析する装置、特に、フ ランス特許Ｎα８２／　０６７０７に記載されているような歯科医療の分野にお けるコンピュータ援用設計および製造方法に直接に用い得る義歯の簡単かつ正確 な製造を目的とする下顎の動きの測定、関節治療のための迅速な診断およびデー タの伝達を行なう装置に関するものである。

１」ＬＪ二亘 下顎の運動を分析するための１９８０年中頃までの種々の方法は１９５０年代か ら商業的に現われている下顎グラフから多少案出された機械的器具の使用に基づ くものであった。

これらの装置は、下顎の所謂より広い動きに制限され録を許していた。しかも、 これらの方法によって得られたグラフの解釈は機能的サイクルの誤解およびグラ フにおける人為的造作の存在による機械的処理の介入により多数めエラーが生じ る。

他の消極的見地として複雑で大きな固定手段によって口腔内の相当の空間が占め られ、これにより上述の運動の正常な生理学的記録を期待することが困難であっ た。

口腔内の空間を殆んど使用せず、そしゃくサイクルを全く干渉しない記録システ ムを採用する装置を使用することによって今まで吾々の毎日の関心から遠かった 機能的運動を直接に記録することが今日では可能である。

ＬｕｎｄｅｅｎおよびＧｉｂｂｓによってなされた研究によって「顎のレプリー ケーター」を用いるこの第１例を既に提供している。これらの研究は多数の人に よって相当に加えられ、これらの人は、そしゃくサイクルのさらに不確実な見地 を示し、また、そしゃくサイクルに介在する現象、すなわち、多数の咬合、噛み 砕かれた食物の質、目的物の姿勢等により正確に近づくことができた。

多くの他の装置はそしゃく装置の本質的特性を示すデータをできるだけ明確に表 わすことを試みた。特に、Ｌｅｗｉｎによって行なわれた最近の研究に導かれて ＳｉｅｍｅｎｓからｒＳｉｒｏｇｎａｉｈｏｇｒａｐｈ　Ｊが、ｒＮｅｘ　Ｋ　 ６　ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓｙｓｔｅｍＪがＭｙｏｔｒｏｎｉｃｓ　Ｉｎｃから 、ｒＺＲ　Ｃａｎｄｙｌｏｇｒａｐｈ　ＪがＤｅｎｔｏｎから、ｒＳｔｅｒｅｏ ｇｎａｔｈｏｇｒａｐｈ　ＪがＤｒ．　Ｂｕｒｃｈｈａ−ｒｄｔから、あるいは またｒＣｙｂｅｒｈｏｂｙ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｐａｎｔｏｇｒ−ａｐｈ　Ｊが Ｄｅｎａｒから製造されるようになった。

゜　最後に、述べなければならないことは、日本のＨｏｂｏ教授とＭｏｒｉ教授 のチームによって１９８１年における第１回にｒｖｉｓｉｔｒａｉｎｅｒ　Ｊに ついての記載があったことである。

これは下顎切歯上に固着したＬＥＤ　（発光ダイオード）を用いている。同じ時 期に、｝ｌｏｂｅ教授のチームは読取り手段として、電荷移送装置（ＣＴＤ）を 用いるシステムを開発した。この全体のアッセンブリは種々の計算素子（コンピ ュータ）およびそれぞれの関連する周辺機器に接続されている。

これらの研究開発は１９６７年にＢａｒｒｉｅによって開発された原理を含み、 彼によって１９８４年に発表されたＩ’　Ｐｈｏｔｏｒ−１ｅｃｔｒｉｃ　ｍａ ｎｄｒｂｕｌｏｇｒａｐｈｙ　Ｊは最初の、ｒＳａｐｈｏｎ　ｖｉｓｉｔ−ｒａ ｉｎｅｒ　ｍｏｄｅｌ　ｌ　Ｊの様相を有していた。後者はしばらくしてＣ２モ デルに代られ、次いで３　（ＳＶＴ）モデルが出た。

これらのモデルはＴｏｋｙｏ　Ｓｈｉｚａｉｓｍａ　ＣＯ，Ｌｔｄ社によって開 発され、人間工学的アプローチ（重量、毎秒当り分析される点の数、等）におい て特に異なっている。

水平方向、前方および来状方向における動きを分析するために１個のカメラを３ 回移動させなければならないという事実はこれらの動きを部分的に決定されるの を防止しており、この理由は目的物が彼のジヨイントを同じ方法で動かすことが 決してないからであり、これは３回の移動間に何らかの関係がなされるのを防止 している。

同時期に、Ｔｅｍ　ｔおよびＫａｒｌｓｏｎは２個のカメラを用い、切歯にダイ オードを固定して３次元の下顎の動きを分析することができることを示した。実 際上、人体にしばしば表われる純粋な回転運動を正しく検出することができない ことを確めた。

ｔＬ二ノＬ迩 本発明の目的は、動きを分析し得る手段を特定し、コンピュータによって直接に 分析し得る信号を与えることによって全ての歯科医学、および医療応用に適応し た３次元分析を極めて迅速に行ない得ると同時に従来カメラを動かすことによっ て行なわれていたような手動操作を介入させることなしに分析し得るようにする ことによって上述した問題を解決しようとするものである。

使用される装置は広い市場に適用しまた時間と労力を真に節約し得る程度に経済 的に注目されるものである。

この目的のため、本発明による装置は、動きを分析すべき身体の部分に着脱可能 に固定される３個の発光ダイオードの１組と、 これらのダイオードの動きに追従するよう構成され、ダイオードがそれぞれのフ ィールド内に位置されるように固定支持体上に取付けられた２個のセンサーと、 ダイオードの光、センサーの機能およびセンサーによって供給されるデータの処 理を制御する手段とを具える。

発光ダイオードは赤外線範囲で放射し、１８０’程度の放射角度を有することが 有利である。発光ダイオードは９００　ｍｍの波長で放射し、約３０ｍＷの出力 を有する。顎の動きを検出する場合に、例えば、切歯上に固定されているダイオ ードは、赤外線範囲内で放射するから、周りの光に関して成る程度の免疫性を有 し、口唇を閉じる際にこれを検出することができるので有利である。

さらに、１８０°の放射角度は２個のセンサーによる動きの同時追跡を可能にす る。センサーの感度が９００ｍｍの範囲内にある。全体としてのサンプリング周 波数は２０秒の記録時間に対して１〜２　Ｋ）Ｉｚであり、得られる解゛は他の 装置によって観察されるものより実質的に大である。

本発明による装置は短かい時間隔で３個のダイオードが順次に発光し、これと同 時にセンサーが機能するようにする同期手段を有する。

さらに、本発明による装置はディジタル化のためのデータの準備およびその伝送 を許容する２個の信号整形ステージと、信号のアナログ−ディジタル変換を同期 手段の制御下で行なうためのディジタル化ステージと、データを記憶してグラフ ィックモニター上に可視表示することを可能にする記憶ステージとを具える。留 意すべきこととして、外部の通信母線によって全てのデータをＣＡＤ／　ＣＡＭ システムに伝送することが可能である。

３個の光ダイオードは３角形の３点に有利に配置される。これらの３個のダイオ ードの位置決めは歯科医療で一般的に用いられる３個の平面こすなわち水平面ま たは咬合面と、前面と去状方向面に対して相対的にマンディプルの点の動きを同 時に記録するための要求に合致することを可能にしている。

本発明は、以下の本発明を実施するためのいくつかの実施例を、非制限例によっ て、示す添付図面についての説明から十分理解されるであろう。

図面の簡単な説明 第１図は第１映出装置の斜視図であり、第２図は歯円弧部分およびこの部分にダ イオードを取付けるための装置の拡大斜視図であり、第３図はセンサーとダイオ ードとの間の距離を測定する装置の斜視図であり、 第４図は第３図に示す装置の使用状態を示す線図であり、 第５および６図は、第２実施例におけるダイオードと受信器との間の距離を計算 する装置を示す第３および４図にそれぞれ対応する２つの図であり 第７図は信号処理用カードの図であり、第８図は図示のブロック線図であり、 第９図は測定の光学的軌道を示し、 第１０図は図示の全体の線図的斜視図であり、第１１図は受信器を支持する装置 の変形を示す図であり、第１２図は受信器を支持する他の装置の斜視図であり、 第１３図は第１２図に示す装置に関連して用いられるよう構成された印象を取る ためのフォークの斜視図であり、第１４図は第１３図に示すフォークの部分側面 図であり、第１５図は第１３図に示すフォークの部分平面図であり、第１６図は 第１２図に示す装置を補足する機器の斜視図であり、 第１７図は関節接合機の側面図である。

全日を実施するための最良の態様 図面に示す種々の装置は顎の変位を測定し、その動きを分析するよう構成されて いる。患者はへッドビース２を取付けられ、このヘッドピースにはその寸法を調 整する手段３が設けられており、ヘッドピースの前面にば２個の実質的に水平に 拡開するアーム４が取付けられ、これらのアームのそれぞれの遊端に実質的に垂 直なロッド５が取付けられ、その下端にカメラを形成する赤外線センサー６が設 けられている。各センサー６の′位置をアーム４の方向および対応するロッド５ の方向の両方向に無終端ねじ７，８によってそれぞれ調整することができる。

アーム４はそれらの間にカメラを３５°〜１２０°の範囲の角度、好ましくは９ ０°の角度で傾斜させるよう位置決めされている。

第１図において鎖線で示すばかりでなく、第６および１０図においても示す変形 例においては、２個のセンサー６を１個のアーム９および１個のロッド１０上に 支持しており、これにより調整を簡単化し、小型としている。

この装置は３個の発光ダイオード１２を具え、これらの発光ダイオードは赤外線 範囲で放射し、１個の支持体１３上に固着され、３角形の３個の頂点に設けられ ている。

この支持体Ｉ３を固着している器官の変位中にダイオードＩ２の相対的運動を防 止するために支持体１３は極めて剛固う構成され、支持板Ｉ６は歯上に着脱自在 に取付けられるよう構成されている。この取イ」けを光重合化セメントを用いて 行なうことができる。発光ダイオードは２段階で歯に取付けられ、すなわち、支 持体１５および１６を歯上に取付け、次に、この組立体上にダイオード支持体を 取付け、横作用、磁石またはスプリング作用によって安定される。そしゃくの各 サイクルにおける歯の接触および分離の瞬間を第２センサー１７により検出する ことができる。

変位とその表示との間に正確な関係をもたせるために、測定する前に、カメラの 位置を固定する前にダイオード１２とカメラとの間に所定の規則を設ける。カメ ラの位置はねじ７および８によって調整される。

第３図に示す例では、距離を測る装置が板Ｉ９によって互に連結された２個の口 、ラド１８を具え、板１９はダイオードに当るよう構成されており、各ロッド１ ８の他端に板２０を取付け、この板をカメラに当てるよう構成されている。

この測定値を第４図に線図的に示すように用いる。第５および６図は２個のセン サー６が１個のアーム上に支持されている場合における測定方法を示す。この場 合には、１個のロッド２２だけを設けており、このロッドを例えば垂直ロッドｌ Ｏ上に摺動自在に取付け、その遊端に１個の支承板２３を取（；Ｊけている。

カメラによって供給されるデータを電子ユニット２３に送り、分析ユニット２５ において処理し、コンピュータ援用制御装置２６または便宜的映出手段２７のフ レーム内に接続可能とする。

カメラおよびダイオードのアッセンブリは数個の電子およびデータ処理ステージ の制御下にあり、これらのステージとして、 カメラの２個の平面内の順次の分析点の合計を許容する信号成形段階がある。実 際上曲線の全体形状を知ることは重要であり、１個の点の配向ではない。

このステージは以下のように機能する。

・信号の受信 ・電流／電圧変換 一ダイオードによる４個の異なる入力に電圧入力・アナログ−ディジタル変換 一適当なソフトウェアによって、歯科医療に用いられる面の３個の平面、すなわ ち、水平面または咬合面、前面および矢状方向面への投影におけるカメラの２＠ の面上に分析された曲線の伝送を許容する計算ステージがある。

使用される電子カードは第７図に示すように、メモリ２８と、メモリ／変換イン ターフェース２９と、メモリ／セントシルユニットインターフェース３０と、変 換システム３２と、信号同期化システム３３とを具える。

機能が既に記載され、ているカードは別として、光点を受取る瞬間に放射する各 ダイオードを順次に発光させて各センサー６に対して指示することを可能にする 手段によって曲線を構成するために、特に同期化するために点の形で到来する情 報の記憶を許容するメモリーの存在について述べる必要がある。

これがため、各センサー６上の３個の点のそれぞれのから明らかなように、動き に対する３個の曲線が形成され、３個の既知の歯面に対し参照される。

第８図はシステムの全体を示し、その種々の素子を以下に示す。

ダイオード１２は同期化システム３３の制御下にある。このシステムはディジタ ル化ステージ３４にも接続され、このステージに２個のセンサー６がフォーマッ ト用ステージ３５によって接続されている。ディジタル化ステージはセントラル ユニット３６に接続され、このセントラルユニットに可視表示スクリーン３７お よび伝達ステージ３８が接続されている。

第９図に示すように、ダイオード１２の放射線の主軸線はαｌ＋２α２に等しい 放射角度θを有し、ここでαｌは２個のセンサー６の直交光軸４０によって形成 される角度であり、２α２は、センサーの光の回動孔角度である。

２個のセンサーはそれぞれ平面基準線を限定し、このようにして得られる２本の 基準線はダイオードの面とによって三面体を形成し、これにより各放射ダイオー ドを空間的に位置させることができる。この三面体が直線三面体である場合には 、その後の相関計算が省略される。

１個のエミッティングダイオードがその中心の回りの回転を除（動きをしている 場合には、２個のエミッターは各エミッターの軸線の周りの回転を検出できない が、３個のエミッターの使用によって並進運動および回転運動の全てを検出する ことができる。

例示として、下記の数値を用いることができる。

−記録期間：２０秒 一全すンプリング周波数：ＩＫＨｚ −合計サンプリング数：　２０．０００−二次サンプリング数＝　（全サンプリ ング当り３）６０、０００ 一二次すンプリング当りの４個の座標軸：　２４０．０００＝座標軸当りの８個 １組の数＝２ 一８個１組の合計数＋　４８０．０００２、０００〜４．０００の値が１秒のサ イクル当り得られ、こは既知の装置より１０〜２０倍大きい精度を示す。

実際、ヘッドピース２を患者の頭上に設置した後、センサー６を固定し、調整装 置７，８により測定する。特に、オッシロスコープ４２と、モニタ３７と、所要 に応じ、ビデオレコーダ４３とを具え、分析カートを含むコンピュータシステム にアッセンブリを接続する。ダイオード１２は、点滅しその信号をセンサー６が 受信する。分析を開始するに当り、患者の顎をかたく咬合した位置にする。

装置を始動し、その後ミ患者に１組の運動を行なわせ、全体として、または１・ ｎ々の甲面のレベルで可視的に表示でき、この平面上に映像が種々のボタン４４ を用いて選択して投影される。これらのデータを単に可視的に表示することがで き、あるいは紙４５上に印刷することもできる。

しかも、角度計算、運動の振幅、サイクル時間のような附加的情報をボタン４６ の選択によって設けることができる。

特にフランス特許８２１０６．７０７に記載されているように、ＣＡＤ／ＣＡＭ 装置（コンピュータ援用設計／コンピュータ援用製造）に直結することができる 。義歯を光学的印象、この印象の機能としての実験的モデルの数学的表面製品お よび直接加工によって構成することができる。

ワックスモデルを用いないという事実は慣習的歯科咬合器を使用しないスクリー ン上の粗雑な表面上で加工することを必要とする。

本発明の他の特徴によれば、本発明は患者が腕または顎を動かす際の動きを静的 モデルにした表面に移すことができる。これは一方において悪く作用する慣れの ある角度または表面を変えることができるが、しかし、時間を入れた表面の式を 展開することもできる。

空間的展開を知らずに、また起り得る純粋な回転を知らずに、平面上のデータを 別個にまたは一緒に得るために、本発明によるシステムは１．１のダイオードだ けに追従し得る電子回路における可能性を与える。この分析はコンポーネントお よび回路の完全に並列の構成によって、また、クロックシステムにアクセスする ことによって確実に行なわれる。

第１１図は上述したセンサー支持装置の変形例を示しており、図中同じ素子を同 じ参照番号で示している。この例においては、ヘッドピースよりなる代りにシス テムを患者がつけた調整可能の眼鏡４７で構成している。

第１２図はセンサーを支持する装置の他の実施例を示すみこの図示の装置では、 ヘッドピース２に患者の耳の高さで２個のクランプ片４８を取付け、中心部を患 者の顔と同一線上に配置したクレードル５０の２個分岐部分４９を摺動および回 転して調整することができ、これに２個のクランプ片５２を取付け、各クランプ 片を適切に構成してセンサー６が取付けられる遊端においてロット５３を摺動お よび並進運動させて調整し得るようにしている。

クランプ片４８および５２を鎖錠する手段を純機械的なものとすることができ、 あるいは空気圧力または油圧で作動するよう構成することができ、これによりク ランプ片が鎖錠される瞬間まで完全に自由に動くことができるようにすることが できる。慣習的機械式咬合器で得られるデータの利用を許すため、本発明による 装置は特別なフォーク４５をも具えており、このフォーク上に患者は歯を閉じ、 このフォークによって、第１７図に示すように、咬合器５６上にプラスターモデ ル５５を位置決めし得るばかりでなく、患者の歯上にダイオードを取付けること もでこのため、フォーク５４に、第１４図に示すように、空洞５７を設け、この 空洞内にダイオードを歯上に取付けるための装置１５．１６を掛合させるように 構成する。フォークの板５８の２個の表面上に硬い印象ペーストを被覆し、フォ ークを患者の口内に挿入する。

患者は歯で板を噛んで板上に歯の印象をマークし、これと同時にダイオード支持 体１５．１６を取付けるとともにセンサー６の位置を調整する。この時点で、ク ランプ４８を通る軸線に対応する顎片の回転軸線に対するカメラ、ダイオードお よび歯印象の相対的位置を定めることができる。

モデル表面の咬交座標軸を変更するために、この装置を用いて義歯を製造する場 合にダイオ−に対する将来の義歯の位置を定めることが必要である。

このため、第１５図に示すように、フォーク５４の板５８を透明材料で造り、イ ンジケータシステム５９をマークによってまたは刻設する。

また、本発明装置によれば、フランクフォート面の正確な高さおよび位置を定め ることができ、この面は鼻の基部の高さで口を通り、フォーク５４に対して相対 的に、耳の軸線を通るようにする。

このため、装置は２個のクランプ片４８上に取付けたクレードル６０を具え、分 岐部分を顔の基準面に対して平行に配向させ、中心部分に実質的に垂直なロッド ６２を取付け、この平面に対するフォーク５４の相対的位置を測定するための部 材６３を設けている。

電子咬合器として用いられる本発明による装置によって得られるこれらの点の位 置の決定はフォーク上の患者のプラスター印象モデルを位置決めし、現在既知の 便宜釣力法による慣習的咬合器５６内に印象およびフォークを設定することがで き、また、本発明による装置によって直接に適応される値を勘定に入れてこの咬 合器の値（ベネット角度、コンディラースロープ、咬頭角度等・・・）を調整す ることができる。この方法は電子手段によって極めて正確な方法で測定すること ができるので咬合器を調整するのに有利である。

上述したところから明らかなように、本発明によれば、従来技術を向上させ、構 造が簡単で、極めて信頼度の高い機能を有し、広い用途に用いることができると ともに極めて容易に用いることができ装置を提供するものである。

濶際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．動きを分析すべき身体の部分に着脱可能に固定される３個の発光ダイオード （１２）の１組と、これらのダイオード（１２）の動きに追従するよう構成され 、ダイオードがそれぞれのフィールド内に位置されるように固定支持体（４，５ ）上に取付けられた２個のセンサー（６）と、 ダイオードの光、センサーの機能およびセンサーによって供給されるデータの処 理を制御する手段（２４〜２７）とを具えることを特徴とする人体またはその部 分の動きを測定および分析する装置。 ２．発光ダイオード（１２）が赤外線範囲で放射し、１８０°程度の放射再度を 有することを特徴とする請求項１記載の装置。 ３．短い時間隔で３個のダイオード（１２）が順次に発光し、これと同時にセン サー（６）が機能するようにする同期手段（３３）を有することを特徴とする請 求項１または２記載の装置。 ４．ディジタル化のためのデータの準備およびその伝送を許容する２個信号整形 ステージ（３５）と、信号アナログーディジタル変換を同期手段（３３）の制御 下で行なうためのディジタル化ステージ（３４）と、データを記憶してグラフィ ックモニター（３７）上に可視表示することを可能にする記憶ステージ（３６） とを具えることを特徴とする請求項１〜３のいづれか１項記載の装置。 ５．３個の発光ダイオード（１２）を三角形の３点に配置している請求項１〜４ のいづれか１項記載の装置。 ６．２個のセンサー（６）の軸線によって形成される角度が３５°〜１２０°の 範囲内にある請求項１〜５のいづれか１項記載の装置。 ７．２個のセンサー（６）の軸線によって形成される角度が９０°である請求項 ６記載の装置。 ８．動きを分析すべき人体部分上に着脱可能に取付けられるよう構成された１個 の剛性支持体（１３）上に３個の発光ダイオード（１２）が限定して取付けられ ていることを特徴とする請求項１〜７のいづれか１項記載の装置。 ９．下顎骨の動きを測定および分析する場合に用いられ、データを処理する手段 が歯科医療で用いられる３個の平面、すなわち、水平面または咬合平面、前平面 および矢状方向平面上への投影にセンサ−２個の平面上で分析された曲線の伝送 を許容するステージを具えることを特徴とする請求項４記載の装置。 １０．下顎骨の動きを測定および分析する場合に用いられ、例えば、光重合化セ メントによって歯上に着脱可能に取付けられ、ダイオード（１２）を支持してい る剛性支持体（１３）を支承するよう構成された第１支持体（１５，１６）を具 えることを特徴とする請求項８記載の装置。 １１．下顎骨の動きを測定および分析する場合に用いられ、ヘッドピース（２） を具え、このヘッドピースに２個のセンサー（６）を支持する少なくとも１個の アーム（４）がダイオードに対するセンサーの相対的距離および傾斜を調整し得 るようにして取付けられていることを特徴とする請求項１〜１０のいづれか１項 記載の装置。 １２．ヘッドピースに２個のクランプ片（４８）が取付けられ、これらのクラン プ片が患者の耳の高さに配置され、クレードル（５０）の２個の分岐部分（４９ ）を摺動および回転させて調整し得るようにし、クレードルの中心部分が患者の 顔と同一線上に配置され、前記の第１クランプ片に対して直交する軸線を有する ２個のクランプ片（５２）がクレードルの中心部分に取付けられ、センサー（６ ）を遊端に取付けたロッド（５３）を摺動および回転して調整し得るよう取付け たことを特徴とする請求項１１記載の装置。 １３．センサーを支持するロッドの調整および鎖錠手段（７，８）が機械的に構 成されていることを特徴とする請求項１１または１２項記載の装置。 １４．センサーの支持ロッドを鎖錠する手段が油圧作動されるよう構成されてい ることを特徴とする請求項１１または１２記載の装置。 １５．患者の歯が接触する瞬間を決定し得る音響センサー（１７）を具えること を特徴とする請求項１１〜１４のいづれか１項記載の装置。 １６．フォーク（５４）を具え、このフォークの一端（５８）が板状で、両面に 硬質の印象ペーストが被覆され、その一方の表面にダイオード（１２）の支持体 （１５，１６）を支承する窪み（５７）が設けられ、フォークが患者の口内に挿 入してセンサー（０）を調整しながら、ダイオードの取付けおよび印象の採取を 行ない得るよう構成したことを特徴とする請求項１１〜１６のいづれか１項記載 の装置。 １７．フォークが透明材料で造られ、インジケーターシステム（５９）を具える ことを特徴とするする請求項１６記載の装置。 １８．患者の耳の高さに設けられる２個のクランプ片（４８）にクレードル（６ ０）が取付けられ、このクレードルの分岐部分が顔の基準面に対して平行に配向 され、クレードルの中心部分に垂直ロッド（６２）が取付けられ、クレードルと フォーク（５４）との間の距離を測定するための部材（６３）が垂直ロッドに取 付けられていることを特徴とする請求項１２および１６に記載の装置。