JPH05337141A - プローブおよび動揺度測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 人工歯根に振動を与えた時の人工歯根の振動
を解析する装置において、所定の荷重により圧電素子か
らの振動を人工歯根に与えることができ、これにより人
工歯根の動揺度の測定精度を向上させることのできる人
工歯根動揺度測定装置を提供する。 【構成】 人工歯根８には、アタッチメント１が螺入さ
れており、圧電素子３は人工歯根８にアタッチメント１
を介して振動を与える。このとき、圧電素子３は磁石４
によりアタッチメント１に磁気的に吸着されて、所定の
圧接荷重下において振動が与えられる。圧電素子３はま
た、人工歯根８からの振動を電気信号に変換する。この
電気信号の周波数成分を解析することにより、人工歯根
８の動揺度が測定される。このように、圧電素子３と人
工歯根８とが磁石４による吸着力によって圧接されるの
で、測定精度、操作性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば人工歯根の固定
状態を表す動揺度を測定する場合に用いて好適なプロー
ブおよび動揺度測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】人工歯根動揺度測定装置は、患者の骨内
に埋設された人工歯根と骨との間の動揺度を測定し、数
値で表すことにより、その後の治療に役立てるものであ
る。その測定原理は、超音波振動素子を人工歯根に接触
させ、この超音波振動子にパルス波を与えて微小振動を
発生させ、これを人工歯根に伝達して、人工歯根がどの
ように振動するかを調べるものである。このような従来
の人工歯根動揺度測定装置は、例えば特開昭６０−１９
０９４１号にもその概要が記載されている。

【０００３】かかる人工歯根動揺度測定装置において
は、人工歯根に接触して、人工歯根に振動を与えるため
のプローブが必要である。

【０００４】図５は、従来のプローブ３０の一例の構成
を示す断面図であり、人工歯根（図示せず）に接触する
探触子３１は、振動と電圧を相互に変換する圧電素子
（図においては、４層圧電素子）３２に接着されてお
り、これら圧電素子３２及び探触子３１はグリップ３３
の先端部に取り付けられている。また、グリップ３３の
圧電素子３２に近接する位置には、歪ゲージ３４が取り
付けられており、圧電素子３２及び歪ゲージ３４からの
リード線（図示せず）がコネクタ３５を介してコード３
６により外部に導出されている。動揺度を測定する場合
には、グリップ３３を手で持ち、探触子３１を人工歯根
の上端部に垂直に押し当てる。

【０００５】グリップ３３の先端部は、探触子３１を人
工歯根に押し当てることにより歪み、その歪み量は歪ゲ
ージ３４にて検出される。歪み量は圧接荷重にほぼ比例
するので、歪ゲージ３４の出力によって圧接荷重を求め
ることができ、この圧接荷重が所定の荷重範囲の時に圧
電素子３２にパルス電圧が印加され、圧電素子３２は縦
方向に振動する。その振動は探触子３１を伝わり人工歯
根を振動させる。人工歯根の振動分布は、人工歯根の固
定状態に応じた分布を示す。そこで、圧電素子３２は人
工歯根の振動を電圧に変換し、これを電気的に解析する
ことにより動揺度が測定される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】人工歯根の動揺度を正
確に測定するためには、探触子３１を人工歯根に垂直に
押圧し、かつ、その荷重（以下、押圧力という）が、測
定期間において均一になる様にしなければならない。

【０００７】しかしながら従来のプローブ３０は、グリ
ップ３３を手に持って探触子３１を人工歯根に押し当て
る様にしているので、正確に垂直に押圧することは非常
に困難であった。また、歪ゲージ３４による圧接荷重の
監視を行なっているとはいえ、所定の荷重範囲になるよ
うに力加減を調整するには相当の熟練を必要とし、非熟
練者が正確な測定を行なうことが困難である課題があっ
た。

【０００８】本発明はこのような従来の装置の欠点を克
服するためになされたものであり、被測定物に振動を与
えた時の被測定物の振動を測定する場合において、被測
定物に対する荷重を容易に均一にすることができ、正確
な測定を可能にするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明では、被
測定物を振動させるとともに、該被測定物の振動を電気
信号に変換する変換手段と、前記被測定物と変換手段と
の間に磁気吸着力を発生させる吸着手段と、で動揺度測
定用のプローブ（請求項１）を構成した。

【００１０】そして、被測定物を振動させるとともに、
該被測定物の振動を電気信号に変換する変換手段および
前記被測定物と変換手段との間に磁気吸着力を発生させ
る吸着手段からなるプローブと、前記変換手段に駆動信
号を供給する駆動手段と、前記変換手段の出力から前記
被測定物の周波数応答を検出して該被測定物の動揺度を
求める検出手段と、を備えた動揺度測定装置（請求項
２）により人工歯根の動揺度を測定するようにした。

【００１１】

【作用】本発明のプローブにおいては、吸着手段によっ
て変換手段と人工歯根とが磁気的に吸着された状態とす
ることができる。そのため、この磁気吸着力により所定
の圧接荷重下で前記変換手段と人工歯根とを接触させる
ことができ、人工歯根と変換手段との押圧力が均一な状
態でこの人工歯根に対し振動を与えることが可能とな
る。

【００１２】人工歯根動揺度測定装置においては、駆動
手段を駆動することで変換手段が人工歯根に振動を与え
るとともに、この人工歯根の振動を電気信号に変換す
る。その際、前記変換手段と人工歯根とは前記吸着手段
によって所定の圧接荷重下で接触している。そのため、
検出手段によって電気信号の周波数応答を検出してその
成分を解析することで、人工歯根の動揺度を正確に求め
ることが可能となる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照にして
説明する。図１は、本発明のプローブ１１の構成を示す
概略断面図である。本実施例では、プローブ１１と人工
歯根８とがアタッチメント１を介して磁気的に結合した
状態となるようにしてある。図１において、ケーシング
５内には、アタッチメント１を介して人工歯根８を振動
させるとともに、人工歯根８の振動を電気信号に変換す
る圧電素子３と、圧電素子３とアタッチメント１との間
に磁気吸着力を発生させる磁石４とが、それぞれシリコ
ン７により接着されて取り付けられている。さらにケー
シング５は、プラスチック製のカバー２に圧入されてい
る。圧電素子３の下面には、圧電素子３の磁石４に対す
る高さを調整するためのスペーサ６が設けられている。
圧電素子３との電気信号を授受するためのコード１０
は、ケーシング５、カバー２の側面から導出される。

【００１４】人工歯根８は骨９内に埋め込まれ、人工歯
根８内には雌ネジが切られている。また、中継手段とし
ての断面Ｔ字状のアタッチメント１の下部には雄ネジが
切られており、アタッチメント１は人工歯根８内に所定
のトルクで螺合されている。通常、人工歯根８は、その
上部に歯冠が装着される。その際、人工歯根８に雌ネジ
を歯冠に雄ネジを設けて両者をネジ止めする。従って、
アタッチメント１に歯冠と同じ雄ネジを設けることで、
人工歯根８に設けられた雌ネジをそのまま利用すること
ができる。アタッチメント１は常磁性体により構成さ
れ、磁石４との間に吸着力が発生され得るようになされ
ている。本実施例では、鉄にニッケルをメッキしたもの
を用いた。

【００１５】アタッチメント１は圧電素子３からの振動
を人工歯根８に伝達し、また人工歯根８の振動を圧電素
子３に伝達する作用を有する。なお、アタッチメント１
は、図１に示すような形状に限るものではない。圧電素
子３と人工歯根８とが所定の圧接荷重で接触した状態
で、人工歯根８に振動を伝えることができれば、使いや
すい形状に形成して構わない。

【００１６】次に、図１のプローブ１１を使用して、人
工歯根８の動揺度を測定する動作について説明する。ま
ず、人工歯根８の雌ネジにアタッチメント１の雄ネジを
結合し、両者をネジ結合させる。次にアタッチメント１
の上部に、手でプローブ１１を被せる。アタッチメント
１の上部とプローブ１１のカバー２とは、所定の間隙を
以て嵌合するので、アタッチメント１とプローブ１１と
の位置合わせは特に必要ない。

【００１７】プローブ１１内の磁石４とアタッチメント
１とは互いに磁気吸着作用によって吸着される。このと
き圧電素子３の下面に接着されたスペーサ６によって、
磁石４とアタッチメント１とが接触しないようにしてい
る。プローブ１１の質量を１０ｇ程度、磁石４による吸
着力を１００ｇ程度とすれば、この段階でプローブ１１
を保持していた手を離しても、プローブ１１がアタッチ
メント１から落下することはなく、一定の圧接荷重を得
ることができる。

【００１８】このような状態において、コード１０を介
して圧電素子３にパルス電圧を印加し、圧電素子３を縦
方向（図１において上下方向）に振動させる。圧電素子
３の振動は、アタッチメント１を介して人工歯根８に伝
達される。この場合における人工歯根８の振動の周波数
成分は、人工歯根８の骨９内への固定状態により変化す
る。即ち、固定が弱い場合には周波数のピークが低周波
側へ移行し、逆に固定が強い場合には高周波側へ移行す
る。従って、圧電素子３の振動を人工歯根８に加えた
後、若干の時間が経過すると、振動は人工歯根８の固定
状態に対応した周波数分布を有するものとなる。この人
工歯根８の振動は、アタッチメント１を介して圧電素子
３へ伝わり、圧電素子３に起電力を発生させる。この圧
電素子３の出力電圧の周波数の分布を解析すると、人工
歯根８の固定状態、つまり動揺度を測定することができ
る。

【００１９】なお上記実施例においては、磁力を得るの
に磁石を用いたが、電磁石を用いても同様の効果が期待
できる。

【００２０】また、本実施例では、アタッチメント１を
介して振動を伝える様にしているが、プローブ１１を小
型化することにより、人工歯根８にプローブ１１を直接
吸着させることも可能である。

【００２１】図２は、本発明のプローブ１１を適用した
人工歯根動揺度測定装置の一実施例の構成を示すブロッ
ク図であり、人工歯根８にはアタッチメント１を介して
プローブ１１が接触されており、プローブ１１にはパル
ス電圧発生器１２から高周波のパルス電圧が供給されて
いる。プローブ１１が人工歯根８を加振すると、人工歯
根８はこれに応じて振動するが、人工歯根８の振動は同
時にプローブ１１にフィードバックされる。プローブ１
１は、フィードバックされた人工歯根８の振動を電気信
号に変換して検出信号を生成し、この検出信号は増幅器
１６によって増幅される。

【００２２】増幅器１６にて増幅された検出信号は、Ａ
／Ｄ変換器１７に供給されてデジタル信号に変換され、
さらにデジタル化された検出信号はデータ処理部１８に
供給される。データ処理部１８は、例えば高速フーリエ
変換（ＦＦＴ）回路を備えており、デジタル化された検
出信号はデータ処理部１８にて時間軸−周波数軸の変換
が行なわれる。またデータ処理部１８は、周波数データ
に変換された検出信号の周波数スペクトルから、人工歯
根８の共振周波数を含む周波数帯域のデータについて数
値処理を行って人工歯根８の動揺度を測定し、測定され
た動揺度をＬＣＤなどよりなる表示部１９に表示する。
動揺度の測定は手ぶれ等による誤差を抑制するため、複
数回の測定を行なうことが好ましい。

【００２３】制御部２０は、パルス電圧発生器１２が発
生すべきパルス電圧の波高値、幅、発生タイミング等を
制御したり、プローブ１１の人工歯根８からの応答振動
のみがデータ処理部１８に供給されるようにタイミング
制御を行うものである。

【００２４】以上の構成によれば、プローブ１１を人工
歯根８の加振用及び応答振動の検出用に兼用したため、
測定作業においては１本のアタッチメント１のみを人工
歯根８、すなわち人工歯根に接触させるだけでよいの
で、従来のように２本のプローブを用いる場合と比較し
て操作性が向上する。しかも、プローブ１１は人工歯根
８とは磁石４（図１参照）によって所定の荷重で接触し
ているため、正確な測定が可能となる。

【００２５】図３は、本発明の人工歯根動揺度測定装置
をさらに詳細に説明するための一実施例の構成を示すブ
ロック図であり、図２の実施例と同様の部分には同一の
符号を付与し、その説明は適宜省略する。また図４は、
図３の各回路における出力波形を示すタイミングチャー
トである。

【００２６】図３において、パルス電圧発生器１２は、
ＣＰＵ２１によるタイミング制御を受けて図４（ａ）に
示すようなパルス幅１０μsec 、振幅５Ｖの矩形パルス
電圧を１０msecごとに繰り返し発生する。ＣＰＵ２１に
はメモリ２４と、表示部１９が接続されている。パルス
電圧発生器１２からのパルス電圧は、プローブ１１によ
り機械的振動に変換され、アタッチメント１を介して人
工歯根８を励振させる。プローブ１１は、例えば直径３
mmの圧電素子に直径３３mm、長さ１０mmのステンレス棒
のアタッチメント１を接着したものを使用する。

【００２７】人工歯根８に発生した振動は、アタッチメ
ント１を介してプローブ１１に逆に伝達され、電気信号
に変換される。ここで変換された振動は、プローブ１１
の自励振動のためのパルス電圧の影響を排除するため、
アナログスイッチ２２で自励振動部分と応答振動信号部
分に分離され、応答振動信号のみが検出信号として後段
で処理される。このため、アナログスイッチ２２は、Ｃ
ＰＵ２１により制御され、パルス電圧発生器１２より発
生したパルス電圧がプローブ１１に印加されているタイ
ミングにおいて閉じられ、パルス電圧の印加が終了した
後、開放される。ここで得られた検出信号（図４
（ｂ））は微弱であるため、増幅器１６で例えば１００
０倍に増幅される。

【００２８】増幅後の検出信号は、アンチエリアシング
フィルタ（ＡＡＦ）２３に供給され、そのＡ／Ｄ変換器
１７のサンプリング周波数の１／２以下の周波数成分が
カットされる。例えばＡ／Ｄ変換器１７のサンプリング
周期が５μsec のとき、ＡＡＦ２３はカットオフ周波数
が１００ｋＨｚ以下のローパスフィルタとされる。この
後、検出信号はＡ／Ｄ変換器１７に供給されデジタル信
号に変換される。この変換は、図４（ｃ）に示すよう
に、例えば５μsecの間隔で１２８個のサンプリングが
なされるように行なわれる。

【００２９】サンプル値はＡ／Ｄ変換器１７によりＡ／
Ｄ変換され、Ａ／Ｄ変換されたデータはデータ処理部１
８において、その時間軸が周波数軸に変換され、周波数
スペクトルが得られる。時間軸−周波数軸変換のための
演算はＣＰＵ２１にて行なってもよいし、データ処理部
１８としてテジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）を用
い、そこで行なってもよい。

【００３０】この演算には、適当なウインドウ内におけ
るフーリエ変換が用いられる。例えば図４（ｃ）のよう
なサンプリングタイミングの場合、１２８サンプルのＦ
ＦＴを行うことで、約１ｋＨｚ乃至１００ｋＨｚの範囲
の周波数データ（周波数スペクトル）が得られる。この
とき、プローブ１１の感度、周波数特性などの情報をメ
モリ２４に記憶させておき、これを用いて上記周波数ス
ペクトルに補正をかけるようにする。メモリ２４はＥＥ
ＰＲＯＭ等の不揮発性メモリにより構成することによ
り、調整作業を容易にすることができる。

【００３１】このようにして、得られた周波数スペクト
ルのうち、ある特定周波数領域（例えば１０乃至２０ｋ
Ｈｚ）の成分について注目し、それから動揺度が演算さ
れる。この動揺度は、最もよいモデル（被測定物）を測
定したときに「１」、最も悪いモデルを測定したときに
は「１００」となるように設定されている。

【００３２】測定時における手ぶれ等の影響を排除する
ため、この測定を複数回行なった後、その平均と標準偏
差を求め、測定が安定したとき、表示部１９に動揺度が
表示される。

【００３３】以上、本発明を人工歯根動揺度測定装置に
用いた場合を例として説明したが、本発明は、人工歯根
以外の被測定物の動揺度を測定する場合においても適用
することができる。

【００３４】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、被測定
物と変換手段とが所定の圧接荷重下で接触した状態で被
測定物の動揺度を測定できるため、精度良く測定するこ
とができる。また、磁気吸着力によって被測定物と変換
手段との圧接荷重が均一となるようにしたので、プロー
ブの操作性が向上する。

【００３５】なお、本発明を人工歯根動揺度測定装置に
用いた場合を例として説明したが、本発明は、人工歯根
以外の被測定物の動揺度を測定する際にも適用すること
が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプローブの一実施例の構成を示す断面
図である。

【図２】本発明の人工歯根動揺度測定装置の一実施例の
構成を示すブロック図である。

【図３】本発明の人工歯根動揺度測定装置の他の実施例
の構成を示すブロック図である。

【図４】図３の実施例の動作を説明するタイミングチャ
ートである。

【図５】従来のプローブの一例の構成を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１ アタッチメント（中継手段） ２ カバー ３ 圧電素子 ４ 磁石（磁性部材） ５ ケーシング ６ スペーサ ８ 人工歯根 １１ プローブ １２ パルス電圧発生器 １３ 超音波振動子 １６ 増幅器 １７ Ａ／Ｄ変換器 １８ データ処理部（データ処理手段） １９ 表示部 ２０ 制御部 ２１ ＣＰＵ ２２ アナログスイッチ ２３ アンチエリアシングフィルタ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定物の動揺度を測定するために該被
   測定物に振動を与えるプローブにおいて、 前記被測定物を振動させるとともに、該被測定物の振動
   を電気信号に変換する変換手段と、前記被測定物と変換
   手段との間に磁気吸着力を発生させる吸着手段と、を備
   えたことを特徴とするプローブ。
2. 【請求項２】 被測定物に振動を与えて該被測定物の動
   揺度を測定する動揺度測定装置において、 前記被測定物を振動させるとともに、該被測定物の振動
   を電気信号に変換する変換手段および前記被測定物と変
   換手段との間に磁気吸着力を発生させる吸着手段からな
   るプローブと、 前記変換手段に駆動信号を供給する駆動手段と、 前記変換手段の出力から前記被測定物の周波数応答を検
   出して該被測定物の動揺度を求める検出手段とを備えた
   ことを特徴とする動揺度測定装置。