WO2015111633A1 - 咬合測定装置及び咬合力検出方法 - Google Patents

Abstract

　情報処理装置１０４は、有機圧電フィルム２０１を用いたセンサシート１０２を有する咬合力検出装置が出力した、交点毎のアドレス情報と、咬合力の変化を示す信号に基づくデータを含む生データに対し、交点毎に積分演算処理を行って、咬合力のデータを作成する。

Description

咬合測定装置及び咬合力検出方法

　本発明は、歯科医師、歯科技工士等が患者の歯の咬み合わせに関する情報を取得するための咬合測定装置及び咬合力検出方法に関する。

　健康の維持は、人のＱＯＬ（クォリティ・オブ・ライフ：生活の質）に必須である。医療分野においては、人々の健康の維持を図るために、医療行為には様々な技術革新がもたらされている。近年では、電子デバイスの性能向上が、医療行為の技術革新にも貢献している。しかし、幾つかの医療行為には、未だ改良が進んでいないものも見受けられる。本発明は、そのような早期の改良が待たれる医療行為のうちの一つである、患者の歯の咬み合わせに関する情報を得る、咬合分析に関する。

　現在、患者の咬合分析を行う際には、朱色のカーボンシートを用いた咬合部視認方法が、殆どの歯科技工士等によって行われている。患者が朱色のカーボンシートを噛むと、歯に朱色のカーボンが付着する。付着したカーボンは歯と歯が噛み合わせによって接触したことを示す。

　特許文献１は、本発明の先行技術に相当する、抵抗膜を用いた、咬合測定用接点検出器に関する先行技術文献である。
　特許文献２は触覚マトリックスセンサーの圧力分布を素早く検出する方法に関する技術文献である。

特公平７－２０４７８号公報 特開平７－１９０８７０号公報

　朱色のカーボンシートを用いた咬合部視認方法は、歯列が咬合する部位はわかるものの、（１）歯列が咬合する順序がわからない、（２）歯列が咬合する強さがわからない、（３）歯列全体を俯瞰してどの部位が咬合しているのかを一目で把握できない、（４）自然歯、金属歯、補修歯等の種類によって、朱色カーボンが転写される量が異なるため、咬合状態の把握が不正確になりやすい、等の問題点がある。特に、一部の歯科技工士は、（３）の、歯列全体の咬合状態を把握するために、患者の口腔内に鏡を差し込み、デジタルカメラで撮影する、等の手間をかけている。

　特許文献１に開示される、抵抗膜を使用したセンサシートを用いる咬合測定装置は、分解能が低く、センサシートが高価なために、僅かな使用にとどまっている。
　特許文献２に開示される技術では、マトリックスセンサー上に1つの接触群を見つけることは出来るが、マトリックス平面上に複数の接触群が存在する際には適用することができないといった問題がある。

　本発明はかかる課題を解決し、咬合分析に関し高精度かつ迅速にして多岐に渡る情報を出力できる咬合測定装置と、咬合力検出方法を提供することを目的とする。

　上記課題を解決するために、本発明の咬合測定装置は、センサシートと、咬合力検出装置と、情報処理装置よりなる。
　センサシートは、感圧フィルムと、感圧フィルムの一の面に形成される複数のＸ電極と、感圧フィルムの他の面に形成される、複数のＸ電極と直交する複数のＹ電極とを具備する。
　咬合力検出装置は、複数のＸ電極のうちの一つと、複数のＹ電極のうちの一つとの相対電位を出力する差動増幅器と、差動増幅器の出力信号に基づくデータを出力するＡ／Ｄ変換器と、複数のＸ電極と差動増幅器との間に接続される第一マルチプレクサと、複数のＹ電極と差動増幅器との間に接続される第二マルチプレクサと、第一マルチプレクサと第二マルチプレクサを制御すると共に、Ｘ電極及びＹ電極のアドレス情報を生成して、データと共に後続の装置に出力する制御部とを具備する。制御部は、第一マルチプレクサ及び第二マルチプレクサを制御して、複数のＸ電極と複数のＹ電極の何れか一方の電極群を一定の電圧のノードに接続しつつ、他方の電極の電位を検出して、所定の電位を検出した電極よりなる特定アドレス範囲を特定した後、複数のＸ電極のうち、所定の電位を検出した電極群と、複数のＹ電極のうち、所定の電位を検出した電極群とで構成される交点を走査して、所定の相対電位を検出する交点よりなる走査アドレス領域を特定して、走査アドレス領域に含まれる交点における、Ｘ電極とＹ電極の相対電位を差動増幅器から出力させる。
　情報処理装置は、歯列に咬合力に基づく圧力が発生した箇所のアドレス情報と、咬合力の変化を示すデータに対し、アドレス情報毎に積分演算処理を行う積分演算処理部と、積分演算処理部によって積分されたデータを、アドレス情報に基づいて動画像データを作成する動画生成処理部とを具備する。

　また、上記課題を解決するために、本発明の咬合力検出方法は、特定アドレス範囲特定ステップと、走査アドレス領域特定ステップと、相対電位検出ステップと、積分処理ステップとを有する。
　特定アドレス範囲特定ステップは、感圧フィルムと、感圧フィルムの一の面に形成される複数のＸ電極と、感圧フィルムの他の面に形成される、複数のＸ電極と直交する複数のＹ電極とを具備するセンサシートの、複数のＸ電極と複数のＹ電極の何れか一方の電極群を一定の電圧のノードに接続しつつ、他方の電極の電位を検出して、所定の電位を検出した電極よりなる特定アドレス範囲を特定する。
　走査アドレス領域特定ステップは、特定アドレス範囲特定ステップにて特定した、複数のＸ電極のうち、所定の電位を検出した電極群と、複数のＹ電極のうち、所定の電位を検出した電極群とで構成される交点を走査して、所定の相対電位を検出する交点よりなる走査アドレス領域を特定する。
　相対電位検出ステップは、走査アドレス領域に含まれる交点における、Ｘ電極とＹ電極の相対電位を検出する。
　積分処理ステップは、相対電位検出ステップにて得られた相対電位を積分処理する。

　本発明によれば、咬合分析に関し高精度で迅速かつ多岐に渡る情報を出力できる咬合測定装置と、咬合力検出方法を提供できる。
　上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施形態に係る、咬合測定装置の全体構成を示すブロック図である。 センサシートの構成を説明する図である。 信号処理装置のハードウェアの構成とソフトウェアの機能を示すブロック図である。 信号処理装置の動作の流れを示すフローチャートである。 制御部がセンサシートを走査する範囲を特定する動作の流れを説明する概念図である。 信号処理装置が情報処理装置へ出力するデータフレームの形式の一例を示す図である。 情報処理装置のハードウェアの構成とソフトウェアの機能を示すブロック図である。 咬合力の時間軸上の変化と、センサシートから検出される信号の、時間軸上の変化を示す、グラフ形式の概念図である。 表示部に表示される表示画像の一例を示す図である。

　［咬合測定装置の全体構成］
　図１は、本発明の実施形態に係る、咬合測定装置１０１の全体構成を示すブロック図である。
　咬合測定装置１０１は、センサシート１０２と、信号処理装置１０３と、情報処理装置１０４よりなる。
　センサシート１０２は、患者１１０の咬合分析に用いるため、歯列をカバーするように略Ｕ字形状に形成されている。センサシート１０２は専用のコネクタ１０５を通じて信号処理装置１０３に接続される。
　信号処理装置１０３は、センサシート１０２が出力するアナログの電圧信号をデジタルのデータに変換し、データを情報処理装置１０４に送出する。
　情報処理装置１０４は周知のパソコンよりなり、信号処理装置１０３から受信したデータに基づき、咬合分析のための動画像データを生成し、表示部１０６に表示する。
　センサシート１０２は信号処理装置１０３と組み合わされて、咬合力検出装置を構成する。

　信号処理装置１０３には、センサシート１０２の出力信号から電灯線に起因するハムノイズ等を低減させるために、患者接地線１０７の一端が接続されている。患者接地線１０７の他端は患者１１０の手首に装着したリストバンド１０８に接続されている。また、信号処理装置１０３自体も電灯線に起因するハムノイズ等を低減させるために、装置接地線１０９の一端が接続されている。装置接地線１０９の他端は接地されている。患者接地線１０７及び装置接地線１０９は、信号処理装置１０３内部の回路の接地ノードと、患者１１０の身体と、地面の電位を共通化することで、センサシート１０２が出力する信号に混入するハムノイズ等を低減する。

　［センサシート１０２の構成］
　本実施形態のセンサシート１０２は、有機圧電フィルム２０１を用いた、容量性のセンサである。
　図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ及び図２Ｄは、センサシート１０２の構成を説明する図である。
　図２Ａは、センサシート１０２の表側の外観図である。センサシート１０２は患者１１０の歯列を大きく包含するように略馬蹄形状に形成されている。センサシート１０２の表側は、センサシート１０２を横切る方向に、複数の電極線２０２が印刷されている。
　図２Ｂは、センサシート１０２の裏側の外観図である。センサシート１０２の裏側は、センサシート１０２の縦方向に、複数の電極線２０２が印刷されている。

　図２Ｃは、センサシート１０２の終端部分の一部拡大図である。図２Ｄは、センサシート１０２の横断面の拡大図である。
　センサシート１０２は、中心にポリアミノ酸やＰＶＤＦ（PolyVinylidene DiFluoride:ポリフッ化ビニリデン）等から成る有機圧電フィルム２０１を有し、この有機圧電フィルム２０１の表面と裏面のそれぞれに、複数の電極線２０２が印刷されている電極シートが貼付されている。これ以降、表側の電極シートをＹ電極シート２０３、裏側の電極シートをＸ電極シート２０４と呼ぶ。Ｘ電極シート２０４に形成されている電極線２０２と、Ｙ電極シート２０３に形成されている電極線２０２は、９０°で直交する。
　Ｘ電極シート２０４は、ポリエチレンテレフタラート樹脂（ＰＥＴ樹脂）等の電気絶縁性を有する薄膜フィルム（第一保護フィルム）に、有機導電インク等で電極線２０２を印刷して構成される。同様に、Ｙ電極シート２０３も、薄膜フィルム（第二保護フィルム）に電極線２０２を印刷して構成される。Ｘ電極シート２０４とＹ電極シート２０３の、電極線２０２が印刷されている側の面は、有機圧電フィルム２０１に接する。薄膜フィルムは、電極線２０２が患者１１０の唾液に接触しないために設けられる。
　有機導電インクの印刷あるいは金属薄膜形成技術等によって構成される電極線２０２と、コネクタ１０５との接続を低価格で実現するため、センサシート１０２の終端部分は、図２Ｃに示すようにＸ電極シート２０４とＹ電極シート２０３が折り返されている。Ｘ電極シート２０４とＹ電極シート２０３の折り返し部分にはコネクタ１０５の電極と接触するランド２０６が形成されている。

　以上のように構成されているセンサシート１０２を患者１１０が噛むと、有機圧電フィルム２０１の、咬合によって歯から圧力が加わった部位には、圧力に伴う電圧が発生する。この電圧を捉え、後述するデータ処理を行うことで、咬合分析が可能になる。
　また、センサシート１０２は有機圧電フィルム２０１を用いていることから、信号の検出は電圧を検出することとなる。コイル等の誘導性のセンサとは異なり、Ｘ電極シート２０４とＹ電極シート２０３に設けられる電極線２０２や配線の抵抗値を極力下げる等の必要性はない。センサシート１０２が出力する信号は、高インピーダンスのプリアンプを用いて増幅すればよい。

　［信号処理装置１０３の構成］
　図３Ａは、信号処理装置１０３のハードウェアの構成を示すブロック図である。
　Ｘ電極シート２０４は、複数の電極線２０２を選択的に後続の回路に接続するアナログスイッチである、第一マルチプレクサ３０１に接続される。同様に、Ｙ電極シート２０３は第二マルチプレクサ３０２に接続される。なお、紙面の都合上、図３Ａ及び図３Ｂ中では、第一マルチプレクサ３０１と第二マルチプレクサ３０２は「ＭＰＸ」と簡略表記している。
　第一マルチプレクサ３０１と第二マルチプレクサ３０２の出力信号は、差動増幅器３０３に入力される。差動増幅器３０３は、第一マルチプレクサ３０１によって選択されたＸ電極シート２０４の電極線２０２と、第二マルチプレクサ３０２によって選択されたＹ電極シート２０３の電極線２０２との、相対的な電位を出力する。
　なお、第一マルチプレクサ３０１と第二マルチプレクサ３０２は、複数の電極線２０２を選択的に出力端子に接続する他、複数の電極線２０２を疑似的に同電位とするないしは接地する機能も備える。この同電位化ないしは接地機能については、図４にて後述する。

　差動増幅器３０３の出力信号は、ノイズ除去部３０４に入力される。ノイズ除去部３０４は、オペアンプよりなる非反転増幅器３０５と、非反転増幅器３０５に接続され、理想ダイオードとしての機能を持つ第一のオペアンプ（以下「第一理想ダイオード３０６」）と、オペアンプよりなる反転増幅器３０７と、反転増幅器３０７に接続され、理想ダイオードとしての機能を持つ第二のオペアンプ（以下「第二理想ダイオード３０８」）よりなる。
　第一理想ダイオード３０６は、非反転増幅器３０５によって増幅された信号の、正の電圧成分のみを出力する。
　第二理想ダイオード３０８は、反転増幅器３０７によって増幅された信号の、正の電圧成分のみを出力する。
　第一理想ダイオード３０６の出力信号は、第一サンプルホールド回路３０９によってサンプリングクロック毎に電圧を保持された後、第一Ａ／Ｄ変換器３１０によってデジタルデータに変換される。
　同様に、第二理想ダイオード３０８の出力信号は、第二サンプルホールド回路３１１によってサンプリングクロック毎に電圧を保持された後、第二Ａ／Ｄ変換器３１２によってデジタルデータに変換される。なお、紙面の都合上、図３Ａ及び図３Ｂ中では、第一サンプルホールド回路３０９と第二サンプルホールド回路３１１は「Ｓ／Ｈ」と、第一Ａ／Ｄ変換器３１０と第二Ａ／Ｄ変換器３１２は「Ａ／Ｄ」と、それぞれ簡略表記している。
　すなわち、差動増幅器３０３から出力される交流の信号の、正方向の信号成分は第一Ａ／Ｄ変換器３１０によって数値化され、負方向の信号成分は第二Ａ／Ｄ変換器３１２によって数値化される。

　第一Ａ／Ｄ変換器３１０の出力データと、第二Ａ／Ｄ変換器３１２の出力データは、バス３１３に供給される。バス３１３には、ＣＰＵ３１４、ＲＯＭ３１５、ＲＡＭ３１６、そして情報処理装置１０４に接続するためのＵＳＢインターフェース３１７（図３Ａ及び図３Ｂ中では「ＵＳＢ　Ｉ／Ｆ」と簡略表記）が接続されている。
　ＣＰＵ３１４、ＲＯＭ３１５、ＲＡＭ３１６、そしてこれらが接続されるバス３１３は、周知のマイコンを構成する。
　更に、バス３１３には、第一マルチプレクサ３０１と第二マルチプレクサ３０２を制御する制御線３１７ａと、第一サンプルホールド回路３０９と第二サンプルホールド回路３１１を制御する制御線３１７ｂと、第一Ａ／Ｄ変換器３１０と第二Ａ／Ｄ変換器３１２を制御する制御線３１７ｃが接続されている。制御線３１７ｃは第一Ａ／Ｄ変換器３１０と第二Ａ／Ｄ変換器３１２に一定周期のサンプリングクロックを供給する。なお、サンプルホールド回路及びＡ／Ｄ変換器は第一理想ダイオード３０６及び第二理想ダイオード３０８の出力信号のそれぞれに設けたが、第一理想ダイオード３０６及び第二理想ダイオード３０８の出力に加算器を設けることによって、これらを一つにすることもできる。この場合、第一理想ダイオード３０６及び第二理想ダイオード３０８の出力をコンパレータに与えて、符号を検出する必要がある。

　図３Ｂは、信号処理装置１０３のソフトウェアの機能を示すブロック図である。
　図３Ａと比較して判るように、信号処理装置１０３は信号処理回路を有するマイコンである。そして、マイコンのソフトウェアの機能は、マルチプレクサ、サンプルホールド回路、Ａ／Ｄ変換器のタイミング制御と、後述するアドレス処理と、ＵＳＢインターフェース３１７を通じた情報処理装置１０４とのデータの入出力を制御する制御部３１８を構成する。制御部３１８は、咬合力を測定する処理の過程で、ＲＡＭ３１６内に走査アドレステーブル３１９を作成する。走査アドレステーブル３１９の詳細は図４及び図５にて後述する。

　［信号処理装置１０３の動作］
　信号処理装置１０３は、センサシート１０２が出力する信号を、ノイズを除去しつつできるだけ忠実にＡ／Ｄ変換し、データを情報処理装置１０４に出力する。信号処理装置１０３は、咬合力を二次元のセンサシート１０２で検出するため、Ｘ軸方向とＹ軸方向に存在する多数の電極線２０２をそれぞれ連続的に選択して、電極線２０２同士の相対電位を計測しなければならない。この動作は、タッチパネル等における、センサ面をスキャンする動作に類似する。

　Ｘ電極シート２０４とＹ電極シート２０３に電極線２０２を細密に配置すれば、分解能が向上する反面、センサシート１０２全面のスキャンに時間がかかってしまう。しかし、タッチパネル等とは異なり、本実施形態のセンサシート１０２は歯の咬合力とその位置を検出するものである。そして、検出対象である歯列はタッチパネルが検出する対象である指とは異なり、検出面方向に大きく移動するものではない。また、健常者であっても咬合箇所は歯列全体の中の３０箇所未満であることが知られている。したがって、予めスキャンする範囲を咬合箇所近傍の位置に限定することで、スキャンに要する時間を大幅に短縮できる。

　図４は、信号処理装置１０３の動作の流れを示すフローチャートである。なお、これ以降、Ｘ電極シート２０４に印刷されている複数の電極線２０２をＸ電極、Ｙ電極シート２０３に印刷されている複数の電極線２０２をＹ電極と略す。
　処理を開始すると（Ｓ４０１）、先ず、制御部３１８は第一マルチプレクサ３０１を制御して、全てのＸ電極を接地する（Ｓ４０２）。そして、制御部３１８は第二マルチプレクサ３０２を制御して、全てのＹ電極を接地する（Ｓ４０３）。この時点で、全てのＸ電極とＹ電極に帯電している余計な電荷が放電される。
　次に、制御部３１８は再び第一マルチプレクサ３０１を制御して、Ｘ電極のみ接地を解除した後、全てのＸ電極を順に選択（走査）する。そして、所定電圧以上の電圧を検出したＸ電極を特定し、そのＸ電極のアドレスをＲＡＭ３１６に記憶する（Ｓ４０４）。
　続いて、制御部３１８は第一マルチプレクサ３０１を制御して、全てのＸ電極を接地する（Ｓ４０５）。次に、制御部３１８は第二マルチプレクサ３０２を制御して、全てのＹ電極を順に選択し、所定電圧以上の電圧を検出したＹ電極を特定し、そのＹ電極のアドレスをＲＡＭ３１６に記憶する（Ｓ４０６）。

　ここで一旦、図５を参照して、ステップＳ４０３からステップＳ４０７迄の制御部３１８の動作を説明する。
　図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃは、制御部３１８がセンサシート１０２を走査する範囲を特定する動作の流れを説明する概念図である。
　図５Ａは、制御部３１８が把握するセンサシート１０２の全アドレス範囲５０１を示す概念図である。図５Ａにおいて、制御部３１８が把握するセンサシート１０２のアドレスの範囲は、歯列５０２を大きく囲む長方形形状である。この全アドレス範囲５０１は、実際にはＸ電極とＹ電極が存在しないアドレスも含む。図２にて説明したように、センサシート１０２は歯列５０２を大きく包含するように略馬蹄形状に形成されている。この、略馬蹄形状を含む長方形の範囲が、全アドレス範囲５０１である。この全アドレス範囲５０１に存在するＸ電極とＹ電極の交点を一つずつ順に走査すると、非常に時間が掛かる。また、走査時間を短縮しようとすると、回路規模や電子デバイスに高性能なものを必要とし、コスト高を招く。

　そこで、歯科技工士等は患者１１０にセンサシート１０２を咥えさせた上で、「歯をカチカチして下さい」等と告げて、咬合をお願いする。患者１１０がセンサシート１０２を噛むと、最初の咬合によって、歯列５０２がセンサシート１０２に当たった箇所に存在するＸ電極とＹ電極に電圧が発生する。この、電圧が発生したＸ電極を特定する作業が、ステップＳ４０３とＳ４０４であり、電圧が発生したＹ電極を特定する作業が、ステップＳ４０５とＳ４０６である。
　図５Ｂは、ステップＳ４０６の時点で制御部３１８が把握した、信号を検出したＸ電極とＹ電極よりなる特定アドレス範囲５０３ａ、５０３ｂ、５０３ｃ及び５０３ｄを示す概念図である。図５Ｂにおいて、制御部３１８がステップＳ４０６の時点において把握する特定アドレス範囲５０３ａ、５０３ｂ、５０３ｃ及び５０３ｄは、歯列５０２において歯と歯が噛み合った箇所を含む長方形形状である。

　ステップＳ４０６の時点で、制御部３１８は信号を検出したＸ電極とＹ電極のアドレスを把握できている。しかし、信号を検出したＸ電極とＹ電極のアドレスだけでは、歯列５０２を含む長方形形状の領域（特定アドレス範囲５０３ａ、５０３ｂ、５０３ｃ及び５０３ｄ）を特定したに過ぎず、図５Ｂを見て判るように、特定アドレス範囲５０３ａ、５０３ｂ、５０３ｃ及び５０３ｄは、歯と歯が噛み合っていない無駄な領域を多く含む。例えば、特定アドレス範囲５０３ｄは、実際には歯と歯が噛み合っていないが、特定アドレス範囲５０３ａと５０３ｃに歯と歯が噛みあった箇所があるために、制御部３１８によって形成された特定アドレス範囲である。
　そこで、今度は特定アドレス範囲５０３ａ、５０３ｂ、５０３ｃ及び５０３ｄに含まれるＸ電極とＹ電極の交点を順に走査して、信号を検出した交点のアドレスを特定する。そして、特定したアドレスをＲＡＭ３１６内に格納し、走査アドレステーブル３１９を作成する（図４のステップＳ４０７）。その際、患者１１０が複数回センサシート１０２を咬合する時にセンサシート１０２と歯列５０２との相対的な位置がずれる可能性を考慮して、信号を検出した交点を中心に、上下左右に数個分の、交点のマージンを含める。
　図５Ｃは、ステップＳ４０７の時点で制御部３１８が作成する走査アドレス領域５０４ａ、５０４ｂ及び５０４ｃを示す概念図である。走査アドレス領域５０４ａ、５０４ｂ及び５０４ｃは、歯列５０２の、咬合によって歯とセンサシート１０２が当接した箇所を取り巻くように形成される。すなわち、走査アドレス領域５０４ａ、５０４ｂ及び５０４ｃは、前述の「咬合箇所近傍の位置」である。走査アドレス領域５０４ａ、５０４ｂ及び５０４ｃに含まれる、Ｘ電極とＹ電極の交点のアドレスが、走査アドレステーブル３１９の要素である。ステップＳ４０７の時点で、特定アドレス範囲５０３ｄに含まれていた交点は、走査アドレス領域からは除外される。

　再度図４を参照して、フローチャートの説明を続ける。
　患者１１０がセンサシート１０２を１回噛んだことに呼応して、制御部３１８はステップＳ４０３からＳ４０７にかけて、走査アドレステーブル３１９を作成した。これ以降、制御部３１８は走査アドレステーブル３１９に含まれるアドレスのみ走査して、Ｘ電極とＹ電極の相対電位を検出し、データを出力する（Ｓ４０８）。この動作は、上位装置である情報処理装置１０４から停止指令が来るまで繰り返され（Ｓ４０９のＮＯ）、停止指令が来たら（Ｓ４０９のＹＥＳ）、制御部３１８は一連の処理を終了する（Ｓ４１０）。なお、こうした動作の変形として市販のマルチプレクサの構成により、一括して同電位とせずに幾つかのグループに分けて類似の走査を繰り返して行ってもよい。
　以上の説明で明らかなように、本実施形態の信号処理装置１０３は、センサシート１０２を患者１１０が噛んだ際の、最初の咬合にて走査アドレステーブル３１９を作成し、二回目以降の咬合を検出して咬合力に起因するデータを出力する。

　図６は、信号処理装置１０３が情報処理装置１０４へ出力するデータフレームの形式の一例を示す図である。
　データフレームはヘッダから始まり、Ｘ座標、Ｙ座標、符号、センサ検出値、そしてフッタで構成される。これらフィールドは全て固定ビット長であることが望ましい。そうでない場合は、フィールド同士を区切るフィールドセパレータが必要になる。
　ヘッダとフッタはデータフレーム同士を識別するセパレータである。バイナリであれば特定のビットパターンであり、テキストであれば改行コード等が該当する。
　Ｘ座標とＹ座標は、それぞれのアドレス情報である。
　符号は、後続するセンサ検出値の正負の符号を示す情報である。センサ検出値は、第一Ａ／Ｄ変換器３１０又は第二Ａ／Ｄ変換器３１２が出力したデータである。符号が正を示す情報である場合、センサ検出値は第一Ａ／Ｄ変換器３１０の値を示し、符号が負を示す情報である場合、センサ検出値は第二Ａ／Ｄ変換器３１２の値を示す。
　このデータフレームの形式は、バイナリであってもテキストであってもよいが、情報の冗長度を抑えるためにはバイナリ形式が望ましい。

　［情報処理装置１０４の構成］
　図７Ａは、情報処理装置１０４のハードウェアの構成を示すブロック図である。一般的なパソコンである情報処理装置１０４は、ＣＰＵ７０１、ＲＯＭ７０２、ＲＡＭ７０３、ハードディスク装置等の不揮発性ストレージ７０４、キーボード等の操作部７０５、ディスプレイである表示部１０６と、信号処理装置１０３に接続されるＵＳＢインターフェース７０６が、バス３１３に接続されて構成される。不揮発性ストレージ７０４には、パソコンを本実施形態の情報処理装置１０４として稼働させるためのプログラムが格納されている。

　図７Ｂは、情報処理装置１０４のソフトウェアの機能を示すブロック図である。
　信号処理装置１０３が出力するデータは、ＵＳＢインターフェース７０６を通じて不揮発性ストレージ７０４に形成されるファイルシステム７０７に供給される。ファイルシステム７０７は、制御部７０８の制御に従って、信号処理装置１０３から受信したデータに時間情報を付加して、一旦生データファイル７０９に格納する。
　生データファイル７０９が生成されたら、制御部７０８は次に温度補償処理部７１０を起動する。温度補償処理部７１０は、生データファイル７０９を読み込み、温度補償演算処理を行う。
　温度補償処理部７１０が生データファイル７０９の温度補償演算処理を終えたら、制御部７０８は次に積分演算処理部７１１を起動する。積分演算処理部７１１は、温度補償演算処理されたデータを読み込み、積分演算処理を行う。
　積分演算処理部７１１がデータの積分演算処理を終えたら、制御部７０８は次に動画生成処理部７１２を起動する。動画生成処理部７１２は、積分演算処理されたデータと生データファイル７０９に含まれているアドレス情報（Ｘ座標及びＹ座標）を読み込み、ビットマップに展開し、更に咬合力の強さに応じた色分けを施すかあるいは棒グラフ化を施して、動画ファイル７１３をファイルシステム７０７に作成する。動画生成処理部７１２は、咬合力に応じた色分けを施すことで、周知のサーモグラフィに類似する、時間と共に変動する咬合力の変化を色彩で表す動画を生成する。

　動画ファイル７１３が生成されたら、情報処理装置１０４は表示部１０６に動画を再生できる。動画再生処理部７１４は、操作部７０５の操作に従って、動画ファイル７１３をデコードし、再生する。
　画像合成処理部７１５は、動画再生処理部７１４が出力する動画データと、ファイルシステム７０７に予め格納されているチェックバイト画像ファイル７１６を重ね合わせて、表示部１０６に表示する。チェックバイトとは、温めたシリコン印象材を患者１１０に噛んで貰い、歯型をシリコン印象材に形成させることを指す。チェックバイト画像とは、その歯型の画像である。

　有機圧電フィルム２０１を有するセンサシート１０２が出力する信号には、温度に依存するオフセットノイズが含まれていることがある。このような温度依存成分を除去するために、走査アドレステーブル３１９に格納されるアドレスのうち、圧力が加わっていない交点のアドレスの値を参照して、圧力が加わっている交点のアドレスの値から減算することで、温度依存成分を除去できる。このために、温度補償処理部７１０が設けられている。
　また、有機圧電フィルム２０１を有するセンサシート１０２は、センサシート１０２に加わった圧力の変化を、電圧信号として出力する。すなわち、センサシート１０２は圧力の微分信号を出力する。このため、咬合力を表示部１０６に表示するためには、センサシート１０２から得られたデータに対し、積分演算を施さなければならない。このために、情報処理装置１０４には積分演算処理部７１１が設けられている。
　温度補償処理と積分演算処理は、咬合力を検出した全ての交点に対して行わなければならない。図４及び図５で説明した走査アドレステーブル３１９の生成は、この演算処理をできるだけ少なくするためにも必要である。

　［積分演算処理について］
　図８Ａは、咬合力の時間軸上の変化を示す、グラフ形式の概念図である。図８Ｂは、センサシート１０２から検出される信号の、時間軸上の変化を示す、グラフ形式の概念図である。図８Ａと図８Ｂのグラフは、時間軸上で一致する。図８Ａと図８Ｂは、患者１１０がセンサシート１０２を一定の最大咬合力で噛みしめた場合を想定したグラフである。
　前述の通り、表示部１０６に表示するための咬合力を算出するには、センサシート１０２から得られた生のデータに対し、積分演算を施さなければならない。積分演算処理部７１１の積分演算処理は、患者１１０が歯を噛みしめて（加圧）から離す（減圧）迄の期間を１サイクルと定義して、この１サイクル単位で行う。特に患者１１０が咬合について意識をしない限り、１サイクルは概ね０．２秒から数秒程度である。

　患者１１０がセンサシート１０２を噛むと、咬合力は、図８Ａに示すような変化を示す。歯を噛みしめる際の、咬合力の立ち上がりは、時間軸上で大きなばらつきを示す。このばらつきＴ８０１は、図８Ｂに示すように、センサシート１０２から出力される電圧信号の、電圧の高低Ｅ８０２になって現れる。このため、センサシート１０２から得られる信号の立ち上がりを基準に積分演算を行うと、大きな誤差を含む虞がある。そこで本発明では、あらかじめ走査範囲を限定することで１サイクルの期間中に何度も高速に咬合個所の走査を行うようにした。そして走査の度に得られた同一アドレスのＡ／Ｄ変換出力を加算することにより、正確に咬合力を得ることができる。例えば第一Ａ／Ｄ変換器３１０及び第二Ａ／Ｄ変換器３１２に用いるサンプリングクロックを１ＫＨｚ以上に、良好な実施例では１ＭＨｚ以上の一定周波数に設定すれば、１サイクルの期間中にセンサシート１０２から得られる信号の変化を高い精度で検出できる。

　患者１１０がセンサシート１０２をゆっくり噛んだ場合、すなわち加圧時のセンサ出力の立ち上がり時間が長い場合は、積分誤差が大きくなる。一方、噛みしめた歯を離す際の、咬合力の立ち下がりは、時間軸上におけるばらつきが少ない（Ｔ８０３）。このため、図８Ｂに示すように、噛みしめた歯を離した際の、センサシート１０２から出力される電圧信号は、あまり電圧がばらつかない（Ｅ８０４）。すなわち、咬合力の最大値は、センサシート１０２の電圧信号の、負方向の信号から算出することで、比較的誤差の少ない積分演算処理が期待できる。このように、積分演算処理において咬合力の減圧時点の値を基に演算することから、積分演算処理は時間軸を遡る演算処理になる。このため、信号処理装置１０３が出力するデータは、一旦、生データファイル７０９としてファイル化する必要がある。
　なお、咬合力の把握は加圧時と解放時のセンサ出力を用いてもよい。この時は、前記１サイクル期間中に複数回走査して得た信号をＡ／Ｄ変換したデジタル値を積算することで積分動作がなされる。積分して得られた値はセンサシート１０２に与えた加圧量が同じなら、積算値もほぼ同じ値となる。また１サイクル内の走査回数が多ければ多いほど、波形によらず咬合力に比例した、正確な積分値が得られる。なお、１サイクル内の走査回数は、走査アドレス領域の面積に反比例する。

　［表示画面］
　図９は、表示部１０６に表示される表示画像の一例を示す図である。
　画面９０１には、動画表示領域９０２と、咬合力表示領域９０３と、停止ボタン９０４と、再生又は一時停止ボタン９０５と、再生速度指示スケール９０６が表示されている。また、画面９０１の一部には患者１１０の氏名等を示す患者情報Ｐ９０７と、最大咬合力情報Ｐ９０８が表示されている。咬合力表示領域９０３には再生ポインタＰ９１１が表示されており、この再生ポインタＰ９１１を図示しないマウス等のポインティングデバイスで移動させることで、再生位置を変更できる。

　咬合力表示領域９０３には、チェックバイト画像の上に、咬合力が発生している箇所が色分けされて表示あるいは咬合力に応じた棒グラフとして表示されている。更に、咬合の際に最初にセンサシート１０２に咬合圧力が発生した箇所Ｐ９０９と、咬合力表示領域９０３に表示する箇所Ｐ９１０がマーキング表示されている。
　動画生成処理部７１２は、積分演算処理部７１１から出力されたデータを基に画像ファイルを作成する際、咬合力の強弱に応じて色分け処理を行う。例えば、周知の等高線と同様の、咬合力の弱い順から、青→緑→黄緑→黄→橙→赤というような色分けを、咬合力が生じている交点に対して施す。そして、画像合成処理部７１５はチェックバイト画像に動画再生処理部７１４が出力する動画データをオーバーラップさせる。すると、歯のどの部分で噛み合わせが生じたのか、そして咬合力はどの程度なのかが、一目瞭然で判る。

　更に、動画再生処理部７１４は、動画ファイル７１３又は生データファイル７０９を読み込み、スキャンして、時間軸上で最初に信号の変化が現れた交点を特定する。この特定した交点が、噛み合わせの際、最初に歯が当たった箇所であるので、動画再生処理部７１４は動画表示領域９０２にこの交点をマーキング表示する。

　また、歯科技工士等が患者１１０に対して「ぐっと強く噛んで下さい」と指示する。すると、強い咬合力がデータとなって生データファイル７０９に現れる。動画再生処理部７１４は同一時間軸上の、咬合力が発生している全ての交点の値を積算して、最大値を示す時間の値を、最大咬合力として動画表示領域９０２の横に表示する。

　上述の実施形態の他、以下のような応用例（ａ）乃至（ｄ）が考えられる。
　（ａ）電極線２０２の形成方法は、上述のＸ電極シート２０４及びＹ電極シート２０３のように、カバーとなるシートに印刷処理を施す方法に限られない。有機圧電フィルム２０１に対して有機導電インクにて電極線２０２を印刷してもよい。この場合、ランド２０６は有機圧電フィルム２０１上に形成されるので、図２ＣのようにＸ電極シート２０４及びＹ電極シート２０３を折り返す必要がなく、有機圧電フィルム２０１のランド２０６が形成された部分だけ露出する構成にすればよい。
　また、電極線２０２を形成する方法は、スパッターによる薄膜形成や銅箔等の金属箔を貼付してもよい。

　（ｂ）信号処理装置１０３が不揮発性ストレージ７０４を備え、生データファイル７０９を信号処理装置１０３が生成してもよい。この場合、図６に示したデータフレームを定めて、信号処理装置１０３と情報処理装置１０４が通信を行う必要がなくなり、信号処理装置１０３は情報処理装置１０４に対する、生データファイル７０９が格納されるＵＳＢストレージ機能を提供すればよい。

　（ｃ）センサシート１０２の分解能を向上させるために電極線２０２の密度を上げることは、物理的限界がある。また、コストも上昇する。コストを抑えつつ咬合力検出装置の分解能を向上させるために、隣接する電極線２０２の間に仮想的な電極線２０２があるものとする、補間演算を採用してもよい。また、咬合力を計測できない領域を極力少なくするために、電極線２０２の幅をできるだけ広く確保して、同一平面上の電極間の隙間を少なくすることが好ましい。

　（ｄ）患者１１０からチェックバイト画像を撮影していない場合、チェックバイト画像ファイル７１６に代えて、標準的な歯列のサンプル画像データを動画表示領域９０２にオーバーラップ表示してもよい。またチェックバイト画像がある場合にはチェックバイト画像と咬合箇所の位置合わせは咬合した歯列上のアドレスの少なくとも２か所を用いてマウスによる位置合わせ操作をすれば容易に合致させることができる。

　（ｅ）図４のステップＳ４０２及びＳ４０３において、Ｘ電極シート２０４及びＹ電極シート２０３に印刷されている複数の電極線２０２に帯電している余計な電荷を放電するために、全てのＸ電極とＹ電極を接地した。この、複数の電極線２０２に帯電している電荷を逃がす対象は、必ずしも接地電位でなくてもよい。例えば、信号処理装置１０３を単一電源で構成する場合、オペアンプがセンサシート１０２から生じる電圧信号を検出するために、抵抗等で分圧して、単一電源の半分の電位（中点電圧）を得ることが多い。このような場合、電極線２０２は中点電圧のノードに接続して、電荷を逃がす。またその際、患者１１０の人体は接地電位であっても構わない。また、中点電圧に限らず、電極線２０２の電荷を放電するノードは、任意の、一定の電圧に固定されたノードであればよい。

　（ｆ）本実施形態のセンサシート１０２は有機圧電材料を用いた容量性のセンサであったが、抵抗膜を用いてもよい。例えば、特開２０１３－４８６８０に開示される技術にも適用できる。つまり、マトリクス形式のあらゆるセンサに適用できる。抵抗膜を用いたセンサシート１０２を採用する場合、咬合力と電流または電圧信号から検出される抵抗値との関係は線形性を有するので、情報処理装置１０４の積分演算処理部７１１は不要になる。

　本実施形態では、咬合測定装置１０１と、これを構成するセンサシート１０２と信号処理装置１０３よりなる咬合力検出装置、そして情報処理装置１０４を開示した。以上に開示した本実施形態には、以下の（１）乃至（７）に示す作用効果が認められる。
　（１）有機圧電フィルム２０１の両面に、複数の電極線２０２を設けたＸ電極シート２０４とＹ電極シート２０３を設けることで、従来技術と比べて低コストで高分解能の、咬合力を検出するためのセンサシート１０２を実現できる。このセンサシート１０２は従来技術と比べて極めて安価に製造できるので、使い捨てが可能であり、故に清潔である。
　（２）有機圧電フィルム２０１の両面に貼付されたＸ電極シート２０４とＹ電極シート２０３の、それぞれの電極線２０２を選択するマルチプレクサを通じて、差動増幅器３０３で電圧を検出することで、咬合力に起因する信号を的確に検出できる、咬合力検出装置を実現できる。
　（３）患者１１０に二回以上センサシート１０２を噛んで貰い、第一回目の咬合で、センサシート１０２に咬合力に起因する圧力が発生している箇所を特定し、第二回目以降の咬合で咬合力を検出することで、最小限のデータ量で精緻に測定できる、咬合力検出装置を実現できる。

　（４）情報処理装置１０４は、有機圧電フィルム２０１を用いたセンサシート１０２を有する咬合力検出装置が出力した、交点毎のアドレス情報と、咬合力の変化を示す信号に基づくデータを含む生データに対し、交点毎に積分演算処理を行って、咬合力のデータを作成する。積分演算処理を有することで、時間軸上の咬合力を精緻に測定できる、情報処理装置１０４を実現できる。
　（５）情報処理装置１０４は、咬合力のデータを作成した後、交点毎のアドレスを基に画像マッピング処理を行い、咬合力の動画を作成し、これを表示部１０６に表示する。画像マッピング処理を有することで、歯列全体における咬合力の発生箇所と変化を一目で把握できる、情報処理装置１０４を実現できる。もちろんこの際に静止画を選択することもできる。
　（６）情報処理装置１０４は、咬合力の動画を作成した後、咬合力の動画をチェックバイト画像とオーバーラップ表示する。オーバーラップ表示を行うことで、歯列全体における咬合力の発生箇所と変化を一目で把握できる、情報処理装置１０４を実現できる。
　（７）情報処理装置１０４は、咬合力の動画を作成した後、歯列中の、咬合力が最初に発生した箇所をマーキング表示する。マーキング表示を行うことで、歯列全体のうち最も突出している箇所を一目で把握できる、情報処理装置１０４を実現できる。

　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、他の変形例、応用例を含む。
　例えば、上記した実施形態例は本発明をわかりやすく説明するために装置及びシステムの構成を詳細かつ具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることは可能であり、更にはある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
　また、上記の各構成、機能、処理部等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計するなどによりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行するためのソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の揮発性或は不揮発性のストレージ、または、ＩＣカード、光ディスク等の記録媒体に保持することができる。
　また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしもすべての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

　１０１…咬合測定装置、１０２…センサシート、１０３…信号処理装置、１０４…情報処理装置、１０５…コネクタ、１０６…表示部、１０７…患者接地線、１０８…リストバンド、１０９…装置接地線、１１０…患者、２０１…有機圧電フィルム、２０２…電極線、２０３…Ｙ電極シート、２０４…Ｘ電極シート、２０６…ランド、３０１…第一マルチプレクサ、３０２…第二マルチプレクサ、３０３…差動増幅器、３０４…ノイズ除去部、３０５…非反転増幅器、３０６…第一理想ダイオード、３０７…反転増幅器、３０８…第二理想ダイオード、３０９…第一サンプルホールド回路、３１０…第一Ａ／Ｄ変換器、３１１…第二サンプルホールド回路、３１２…第二Ａ／Ｄ変換器、３１３…バス、３１４…ＣＰＵ、３１５…ＲＯＭ、３１６…ＲＡＭ、３１７…ＵＳＢインターフェース、３１８…制御部、３１９…走査アドレステーブル、５０１…全アドレス範囲、５０２…歯列、５０３…特定アドレス範囲、５０４…走査アドレス領域、７０１…ＣＰＵ、７０２…ＲＯＭ、７０３…ＲＡＭ、７０４…不揮発性ストレージ、７０５…操作部、７０６…ＵＳＢインターフェース、７０７…ファイルシステム、７０８…制御部、７０９…生データファイル、７１０…温度補償処理部、７１１…積分演算処理部、７１２…動画生成処理部、７１３…動画ファイル、７１４…動画再生処理部、７１５…画像合成処理部、７１６…チェックバイト画像ファイル、９０１…画面、９０２…動画表示領域、９０３…咬合力表示領域、９０４…停止ボタン、９０５…一時停止ボタン、９０６…再生速度指示スケール

Claims (2)

1. 　感圧フィルムと、前記感圧フィルムの一の面に形成される複数のＸ電極と、前記感圧フィルムの他の面に形成される、前記複数のＸ電極と直交する複数のＹ電極とを具備するセンサシートと、
   　前記複数のＸ電極のうちの一つと、前記複数のＹ電極のうちの一つとの相対電位を出力する差動増幅器と、
   　前記差動増幅器の出力信号に基づくデータを出力するＡ／Ｄ変換器と、
   　前記複数のＸ電極と前記差動増幅器との間に接続される第一マルチプレクサと、
   　前記複数のＹ電極と前記差動増幅器との間に接続される第二マルチプレクサと、
   　前記第一マルチプレクサと前記第二マルチプレクサを制御すると共に、前記Ｘ電極及び前記Ｙ電極のアドレス情報を生成して、前記データと共に後続の装置に出力する制御部と
   を具備する咬合力検出装置と、
   　歯列に咬合力に基づく圧力が発生した箇所のアドレス情報と、前記咬合力の変化を示すデータに対し、前記アドレス情報毎に積分演算処理を行う積分演算処理部と、
   　前記積分演算処理部によって積分されたデータを、前記アドレス情報に基づいて動画像データを作成する動画生成処理部と
   を具備する情報処理装置と
   よりなり、
   　前記制御部は、前記第一マルチプレクサ及び前記第二マルチプレクサを制御して、前記複数のＸ電極と前記複数のＹ電極の何れか一方の電極群を一定の電圧のノードに接続しつつ、他方の電極の電位を検出して、所定の電位を検出した電極よりなる特定アドレス範囲を特定した後、前記複数のＸ電極のうち、前記所定の電位を検出した電極群と、前記複数のＹ電極のうち、前記所定の電位を検出した電極群とで構成される交点を走査して、所定の相対電位を検出する交点よりなる走査アドレス領域を特定して、前記走査アドレス領域に含まれる前記交点における、前記Ｘ電極と前記Ｙ電極の相対電位を前記差動増幅器から出力させる、
   咬合測定装置。
2. 　感圧フィルムと、前記感圧フィルムの一の面に形成される複数のＸ電極と、前記感圧フィルムの他の面に形成される、前記複数のＸ電極と直交する複数のＹ電極とを具備するセンサシートの、前記複数のＸ電極と前記複数のＹ電極の何れか一方の電極群を一定の電圧のノードに接続しつつ、他方の電極の電位を検出して、所定の電位を検出した電極よりなる特定アドレス範囲を特定する、特定アドレス範囲特定ステップと、
   　前記特定アドレス範囲特定ステップにて特定した、前記複数のＸ電極のうち、前記所定の電位を検出した電極群と、前記複数のＹ電極のうち、前記所定の電位を検出した電極群とで構成される交点を走査して、所定の相対電位を検出する交点よりなる走査アドレス領域を特定する、走査アドレス領域特定ステップと、
   　前記走査アドレス領域に含まれる前記交点における、前記Ｘ電極と前記Ｙ電極の相対電位を検出する、相対電位検出ステップと、
   　前記相対電位検出ステップにて得られた前記相対電位を積分処理する積分処理ステップと
   を有する、咬合力検出方法。

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