顎運動測定システム
【課題】簡易な検出器を取り付けて、正確に顎運動の測定を行うことができる顎運動測定システムを提供する。
【解決手段】３軸方向の加速度を検知する加速度センサ１２、一端が前記加速度センサ１２に接続されたフレキシブル配線１４、前記フレキシブル配線１４の他端に接続され且つ前記３軸方向の加速度データを出力する出力端子、及び前記加速度センサ１２を下顎のオトガイ部１８に装着する装着部を、少なくとも備えた加速度検出器１０と、前記加速度検出器１０から顎運動に応じた加速度データを取得し、取得された加速度データに対し前記加速度センサ１２に起因する誤差を補正して、加速度波形で表される顎運動を測定する顎運動測定装置３０と、を備えた顎運動測定システム。
【解決手段】３軸方向の加速度を検知する加速度センサ１２、一端が前記加速度センサ１２に接続されたフレキシブル配線１４、前記フレキシブル配線１４の他端に接続され且つ前記３軸方向の加速度データを出力する出力端子、及び前記加速度センサ１２を下顎のオトガイ部１８に装着する装着部を、少なくとも備えた加速度検出器１０と、前記加速度検出器１０から顎運動に応じた加速度データを取得し、取得された加速度データに対し前記加速度センサ１２に起因する誤差を補正して、加速度波形で表される顎運動を測定する顎運動測定装置３０と、を備えた顎運動測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顎運動測定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
顎運動は、下顎窩を軸受けとする下顎頭の回転運動と、下顎頭が前方に移動する滑走運動とに分類される。例えば、咀嚼等で口や顎を小さく開閉する場合には、主に回転運動が発生する。一方、あくび等して口や顎を大きく開閉する場合には、回転運動だけでなく、滑走運動も発生する。これらの顎運動測定により、噛み合わせの不整合等、顎口腔機能の異常を診断することができる。適切な治療を行うためには、顎運動を対象者毎に正確に測定することが重要である。
【０００３】
現在、一部の臨床家の間で普及している顎運動測定装置には、株式会社ジーシー（ＧＣ）製の「ナソヘキサ」等がある。この装置は、患者にヘッドギアと歯列に固定する器具を装着させて、咀嚼運動や開閉口運動などについて、三次元運動を測定する。即ち、下顎の相対位置を計測して、顎運動測定を行っている（非特許文献１参照）。他にも「キネジオグラフ」と呼ばれる装置が普及している。これは、磁石を下顎の歯列に固定をし、磁気をキャプチャーすることにより、顎運動を三次元的に測定するものである。現在の臨床現場において、顎運動を測定する装置としては、これら２つが代表的である。
【０００４】
また、顎運動測定を簡易に行う技術として、下顎のオトガイ部等に加速度センサを取り付け、加速度センサの出力に基づいて被験者の口腔運動を測定する技術が種々提案されている（特許文献１、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】http://www.gcdental.co.jp/product/pdf/nasohekisa.pdf
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１８０９４号公報
【特許文献２】特開２００８−１８０１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、市販の顎運動測定装置は、数百万円と高価であり汎用性に欠けるという問題がある。また、患者にヘッドギアを装着させて測定を行うなど、患者側の負担が大きいという問題がある。また、測定条件が厳しく、測定専用の部屋を準備する必要があり、導入できる医院も限られている。一方、従来の加速度センサを用いた顎運動測定装置は、皮膚やコードの振動を拾うおそれがあり、また、装着方向に再現性がないため、正確な測定が行えないという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記問題を解決すべく成されたものであり、簡易な検出器を取り付けて、正確に顎運動の測定を行うことができる、顎運動測定システムを提供することを目的とする。また、上記目的に加え、本発明は、市販の顎運動測定装置に比べて、安価で汎用性の高い顎運動測定システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、３軸方向の加速度を検知する加速度センサ、一端が前記加速度センサに接続されたフレキシブル配線、前記フレキシブル配線の他端に接続され且つ前記３軸方向の加速度データを出力する出力端子、及び前記加速度センサを下顎のオトガイ部に装着する装着部を、少なくとも備えた加速度検出器と、前記加速度検出器から顎運動に応じた加速度データを取得し、取得された加速度データに対し前記加速度センサに起因する誤差を補正して、加速度波形で表される顎運動を測定する顎運動測定装置と、を備えた顎運動測定システムである。
【００１０】
請求項２の発明は、前記加速度センサは、Ｘ軸方向が左右方向に対応し、Ｙ軸方向が前後方向に対応し、且つＺ軸方向が上下方向に対応するように、下顎のオトガイ部に装着され、前記顎運動測定装置は、Ｘ軸方向の加速度データが最小になるように、前記加速度センサの直交座標をＺ軸周りに回転させる第１の補正と、Ｚ軸方向の加速度データが最小になるように、前記加速度センサの直交座標をＸ軸周りに回転させる第２の補正とを行い、取得された加速度データに対し前記加速度センサの装着位置ずれに起因する誤差を補正する位置ずれ補正手段を備えた、請求項１に記載の顎運動測定システムである。
【００１１】
請求項３の発明は、前記顎運動測定装置は、表示手段及び前記表示手段を制御する表示制御手段を更に備え、前記表示制御手段は、前記加速度検出器から取得された加速度データ、前記加速度センサの３軸の何れかを選択する軸選択部、及び選択された軸周りの回転角度を設定する角度設定部を、前記表示装置に表示し、前記位置ずれ補正手段は、前記軸選択部により選択されたＺ軸周りに、前記角度設定部により設定された角度だけ加速度センサの直交座標を回転させて、Ｘ軸方向の加速度データを最小にする第１の補正を行い、前記軸選択部により選択されたＸ軸周りに、前記角度設定部により設定された角度だけ加速度センサの直交座標を回転させて、Ｚ軸方向の加速度データを最小にする第２の補正を行う、請求項２に記載の顎運動測定システムである。
【００１２】
請求項４の発明は、前記顎運動測定装置は、Ｙ軸方向の電圧信号を積分して得られた速度波形が一定の振幅範囲で変動するように、前記加速度検出器から取得された加速度データに対し基線を設定して加速度波形のゼロ点を定める基線設定手段を更に備えた、請求項１から請求項３までの何れか１項に記載の顎運動測定システムである。
【００１３】
請求項５の発明は、前記顎運動測定装置は、前記表示制御手段が、前記加速度検出器から取得されたＹ軸方向の加速度データ、及び取得された加速度データに対し基線を設定する基線設定部を、前記表示装置に表示する第１の工程と、前記基線設定手段が、前記基線設定部により設定された基線に基づいてＹ軸方向の加速度データを積分する第２の工程と、前記表示制御手段が、Ｙ軸方向の加速度データを積分して得られた速度波形を前記表示装置に表示する第３の工程と、を基線が確定されるまで繰り返し行って、前記加速度データに対し基線を設定して加速度波形のゼロ点を定める、請求項４に記載の顎運動測定システムである。
【００１４】
請求項６の発明は、前記加速度センサは、下顎のオトガイ部の皮膚を下垂させない程度に、小型化且つ軽量化された請求項１から請求項５までの何れか１項に記載の顎運動測定システムである。
【００１５】
請求項７の発明は、前記フレキシブル配線は、前記加速度センサにより検知される加速度を変動させない程度に、可とう性が付与され且つ軽量化された請求項１から請求項６までの何れか１項に記載の顎運動測定システムである。
【００１６】
請求項８の発明は、前記装着部は、前記加速度センサを保持すると共に皮膚の振動を吸収する緩衝部材と、前記緩衝部材を介して前記加速度センサを下顎のオトガイ部に接着する接着部材と、を備えた請求項１から請求項７までの何れか１項に記載の顎運動測定システムである。
【発明の効果】
【００１７】
各請求項に係る発明によれば、以下の効果がある。
【００１８】
請求項１に記載の発明によれば、簡易な検出器を取り付けて、正確に顎運動の測定を行うことができる、顎運動測定システムを提供することができる、という効果がある。
【００１９】
請求項２に記載の発明によれば、加速度センサの装着位置ずれに起因する誤差を補正することができる、という効果がある。
【００２０】
請求項３に記載の発明によれば、表示画面を見ながら、リアルタイムで加速度センサの装着位置ずれに起因する誤差を補正することができる、という効果がある。
【００２１】
請求項４に記載の発明によれば、基線を設定して加速度波形のゼロ点を定めることができる、という効果がある。
【００２２】
請求項５に記載の発明によれば、表示画面を見ながら、リアルタイムで基線を設定して加速度波形のゼロ点を定めることができる、という効果がある。
【００２３】
請求項６、７、８に記載の発明によれば、加速度センサの振動によるノイズの発生を抑制することができる、という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態に係る顎運動測定システムの構成を表す概略図である。
【図２】加速度センサの周辺部の構成を表す概略図である。
【図３】顎運動測定装置の構成を示すブロック図である。
【図４】（Ａ）は装着部材の構造を示す積層断面図である。（Ｂ）は装着部材により加速度センサがオトガイ部１８に装着された様子を示す模式図である。
【図５】加速度センサの直交座標系と顎運動の方向との関係を示す図である。
【図６】（Ａ）〜（Ｃ）は、下顎のオトガイ部に対する左右方向、前後方向、及び上下方向を表す図である。
【図７】補正角度設定画面を示す図である。
【図８】補正後の加速度データを表示する画面を示す図である。
【図９】（Ａ）及び（Ｂ）は第１の補正の意義を説明する図である。
【図１０】補正後の加速度データを表示する画面を示す図である。
【図１１】（Ａ）及び（Ｂ）は第２の補正の意義を説明する図である。
【図１２】（Ａ）及び（Ｂ）は顎運動と加速度センサの装着位置との関係を説明する説明図である。
【図１３】基線設定画面を示す図である。
【図１４】（Ａ）〜（Ｃ）は基線の位置と速度波形の関係を示す図である。
【図１５】顎運動測定画面を示す図である。
【図１６】顎運動測定プログラムの処理ルーチンを表すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。
【００２６】
＜顎運動測定装置＞
（全体的な装置構成）
図１は本発明の実施の形態に係る顎運動測定システムの構成を表す概略図である。図１に示すように、顎運動測定システムは、加速度検出器１０と、加速度検出器１０の出力をアナログ／デジタル変換するインターフェース装置２０と、インターフェース装置２０を介して加速度検出器１０と接続される顎運動測定装置３０と、を含んで構成されている。加速度検出器１０は、３軸方向の加速度を検知する加速度センサ１２、一端が加速度センサ１２に接続されたフレキシブル配線１４、及びフレキシブル配線１４の他端に接続されたコネクタ１６を備えている。コネクタ１６は、インターフェース装置２０に接続される。加速度センサ１２は、後述する装着部材を用いて下顎のオトガイ部１８に装着される。
【００２７】
加速度検出器１０は、加速度センサ１２により３軸方向の加速度に応じた電圧信号（以下、適宜、加速度又は加速度データという。）を検知する。検知された電圧信号は、フレキシブル配線１４、及びコネクタ１６を介してインターフェース装置２０に入力され、アナログ信号からデジタル信号に変換される。デジタル信号に変換された加速度データは、顎運動測定装置３０に入力される。顎運動測定装置３０は、加速度検出器１０から顎運動に応じた加速度データを取得し、取得された加速度データに対し加速度センサ１２に起因する誤差を補正して、加速度波形で表される顎運動を測定する。
【００２８】
（加速度センサ周辺）
図２は加速度センサの周辺部の構成を表す概略図である。図２に示すように、加速度センサ１２としては、５ｍｍ×５ｍｍ程度の大きさの小型且つ軽量な３軸加速度センサが好適に用いられる。小型且つ軽量な加速度センサ１２は、下顎のオトガイ部１８の皮膚を下垂させないので、加速度センサ１２の振動によるノイズの発生を抑制する。本実施の形態では、市販されている加速度センサ（浅草技研社製の３軸加速度センサ「AS-3ACC」）のセンサボードから取り外したチップを、加速度センサ１２として使用している。
【００２９】
また、フレキシブル配線１４としては、折り曲げ可能なほど可撓性が高く且つ軽量なフレキシブル配線が好適に用いられる。可撓性が高く且つ軽量なフレキシブル配線１４は、加速度センサ１２により検知される電圧信号を変動させない。本実施の形態では、加速度センサ１２のリード端子の数に応じて、複数本の細線１４Ａが束ねられたフレキシブル配線１４が用いられている。図２では６本の細線１４Ａが束ねられている。細線１４Ａの各々は、絶縁被膜で被覆された電線であり、端部の被膜が除去されて、加速度センサ１２のリード端子に直接半田付けされている。本実施の形態では、細線１４Ａとして、潤工社製の発泡ＰＴＦＥで被覆された０．０５ｍｍ径の電線を用いている。ＰＴＦＥとは、四フッ化エチレン樹脂、いわゆるテフロン（登録商標）である。
【００３０】
（顎運動測定装置）
図３は顎運動測定装置の構成を示すブロック図である。顎運動測定装置３０は、例えば、顎運動測定プログラムがインストールされたコンピュータ及びその周辺機器により構成されている。顎運動測定装置３０は、図３に示すように、装置全体の制御及び各種演算を行うＣＰＵ（中央処理装置; Central Processing Unit）３２、ＯＳ（Operating Systems）等の各種プログラムを記憶したＲＯＭ（Read Only Memory）３４、プログラムの実行時にワークエリアとして使用されるＲＡＭ（Random Access Memory）３６、各種情報を記憶するハードディスク（ＨＤ）３８、入出力（Ｉ／Ｏ）ポート４０、通信インターフェース（Ｉ／Ｆ）４２、及び各種ドライブ４４を備えている。これら各部は、バス４６により相互に接続されている。
【００３１】
Ｉ／Ｏポート４０には、キーボードやマウス等の入力装置４８と、ディスプレイ等の表示装置５０と、が接続されている。通信Ｉ／Ｆ４２は、有線又は無線の通信回線を介して、外部と各種情報の授受を行う。また、本実施の形態では、通信Ｉ／Ｆ４２はインターフェース装置２０とケーブルで有線接続されており、加速度検出器１０から出力された電圧信号に対応するデジタル信号（加速度データ）が入力される。各種ドライブ４４は、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭなどのコンピュータ読み取り可能な可搬性記録媒体５２からデータを読み込んだり、それらに対してデータを書き込んだりする装置である。
【００３２】
顎運動測定プログラムは、可搬性記録媒体５２から読み取られて、ＲＯＭ３４又はハードディスク３８に記憶される。或いは、インターネットを介して伝送され、通信Ｉ／Ｆ４２により受信されて、ＲＯＭ３４又はハードディスク３８に記憶される。また、ハードディスク３８には、各種データベースを記憶するためのデータベース領域（図示せず）が設けられ各種の診療用データベースが記憶されている。
【００３３】
ＣＰＵ３２は、プログラムをＲＯＭ３４又はハードディスク３８から読み出し、ＲＡＭ３６にロードする。そして、ＲＡＭ３６をワークエリアとして使用し、入力装置４８及び表示装置５０を用いてユーザと対話をしながら、ロードされたプログラムを実行する。顎運動測定プログラムの処理ルーチンについては後述する。
【００３４】
＜加速度検出器の装着方法＞
（オトガイ部への装着方法）
次に、加速度検出器の装着方法について説明する。図４（Ａ）は装着部材の構造を示す積層断面図である。図４（Ｂ）は装着部材により加速度センサがオトガイ部１８に装着された様子を示す模式図である。ここではフレキシブル配線１４等の図示を省略する。図４（Ａ）に示すように、加速度検出器１０は、加速度センサ１２を下顎のオトガイ部１８に装着するための装着部材１３を備えている。
【００３５】
装着部材１３は、加速度センサ１２を保持すると共に皮膚の振動を吸収する緩衝部材２２と、緩衝部材２２を介して加速度センサ１２を下顎のオトガイ部１８に接着する接着部材２４とを備えている。シート状の接着部材２４は、緩衝部材２２が設けられる面とは反対側の面が接着面とされている。緩衝部材２２としては、厚さ１ｍｍ程度とやや厚めの両面接着テープ等を用いることができる。接着部材２４としては、例えば、心電図測定に使用されるような、皮膚への密着性に優れる医療用の接着テープ等を用いることができる。
【００３６】
図４（Ｂ）に示すように、装着部材１３は、接着部材２４の接着面が、オトガイ部１８表面の皮膚に接着するようにして装着される。オトガイ部１８は下顎の先端部であり、湾曲した形状を有しているが、加速度センサ１２と接着部材２４との間に厚めの緩衝部材２２を介在させることで、皮膚の振動が吸収されるだけでなく、加速度センサ１２の湾曲も防止される。
【００３７】
（加速度センサの直交座標系との関係）
図５は加速度センサの直交座標系と顎運動の方向との関係を示す図である。加速度センサ１２は、直交座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向の加速度を検知する３軸加速度センサである。人体の一部を構成する下顎のオトガイ部１８には、左右方向、前後方向、及び上下方向の区別がある。加速度センサ１２は、Ｘ軸方向が左右方向に対応し、Ｙ軸方向が前後方向に対応し、且つＺ軸方向が上下方向に対応するように、下顎のオトガイ部１８に装着される。図面を参照して後述する通り、より詳細には、Ｙ軸方向が下顎頭の回転軸周りの回転運動の接線方向（前後方向）に対応し、Ｚ軸方向が上記回転軸と加速度センサ１２とを結ぶ直線の延在方向（上下方向）に対応する（図１２参照）。
【００３８】
図６（Ａ）〜（Ｃ）は、下顎のオトガイ部に対する左右方向、前後方向、及び上下方向を表す図である。加速度センサ１２は、オトガイ部１８の接線に沿って装着される。側方から見ると、加速度センサ１２は斜めに傾けて配置されている。矢印で図示した方向の各々が、下顎のオトガイ部に対する左右方向、前後方向、及び上下方向に相当する。これが正しい装着位置であり、加速度センサ１２がこの位置からずれた位置に装着されると、次に説明する通り、装着位置ずれに起因する誤差を補正する「位置ずれ補正」が必要となる。
【００３９】
＜装着位置ずれ補正＞
（Ｚ軸周りの回転 -第１の補正-）
加速度検出器１０、インターフェース装置２０、及び顎運動測定装置３０を含む顎運動測定システムのセッティングが完了し、加速度検出器１０の装着部材１３により加速度センサ１２の被験者へのオトガイ部１８への装着が完了すると、顎運動測定装置３０への加速度データの入力を開始する。また、顎運動測定装置３０は、ＲＯＭ３４に記憶された「顎運動測定プログラム」を起動する。図１６は、顎運動測定プログラムの処理ルーチンを表すフローチャートである。
【００４０】
まず、被験者に、口や顎を略一定の間隔で開閉する「タッピング運動」を行わせる。顎運動測定装置３０は、ステップ１００で、タッピング時の加速度データを取得する。次のステップ１０２で、図７に示す補正角度設定画面６０を、顎運動測定装置３０の表示装置５０に表示する。
【００４１】
図７に示すように、補正角度設定画面６０には、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向の加速度データを表示する加速度データ表示部６２、軸選択部６４、及び角度設定部６６が表示されている。軸選択部６４は、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の何れかを選択可能に構成されている。角度設定部６６は、例えば−４〜＋４までの目盛上を、ポインタ７８によりカーソル７６を移動させて、補正角度θを設定可能に構成されている。補正角度設定画面６０には、その外に、確定ボタン６８、終了ボタン７０、次の軸選択を指示する「次へ」ボタン７２が表示されている。
【００４２】
操作者は、加速度データ表示部６２を見て、まず、Ｘ軸方向の加速度データを確認する。Ｘ軸方向の加速度データの振幅が大きいと判断した場合には、Ｘ軸方向の加速度データの振幅が最小（略ゼロ）になるように、軸選択部６４を操作してＺ軸を選択し、Ｚ軸周りの補正角度θ１を設定して、確定ボタン６８を選択する。
【００４３】
顎運動測定装置３０は、ステップ１０４で軸の選択が確認され、ステップ１０６で確定指示の入力が確認されると、次のステップ１０８で、設定された補正角度に基づいて、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向の加速度データの補正値を演算する。そして、ステップ１１０で、補正後の加速度データを、補正角度設定画面６０の加速度データ表示部６２に表示する。図８に示すように、Ｘ軸方向の加速度データの振幅が略ゼロとなり、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の加速度データの振幅が大きくなったデータ画面６２Ａが表示される。
【００４４】
図９（Ａ）及び（Ｂ）は第１の補正の意義を説明する図である。図９（Ｂ）に示すように、第１の補正は、加速度センサ１２側から見れば、オトガイ部１８において、Ｘ軸方向が左右方向に対し斜めに装着された加速度センサ１２を、Ｘ軸方向が左右方向に対し平行になるように回転させた状態に相当する。図９（Ａ）に示すように、第１の補正は、直交座標側から見れば、直交座標をＺ軸周りに角度θ１だけ回転させた状態に相当する。これを三次元の回転行列で表すと、下記式（１）に従って、座標（ｘ，ｙ，ｚ）が座標（ｘ’，ｙ’，ｚ’）に変換されたことに相当する。なお、三次元座標における回転行列において、回転角度の正方向は右ネジの方向である。結果として、ｚ’＝ｚとなる。
【００４５】
【数１】
式（１）
【００４６】
（Ｘ軸周りの回転 -第２の補正-）
操作者は、補正後のデータ画面６２Ａが表示された加速度データ表示部６２を見て、Ｚ軸方向の加速度データを確認する。Ｚ軸方向の加速度データの振幅が大きいと判断した場合には、「次へ」ボタン７２を操作して次の軸を選択する。Ｚ軸方向の加速度データの振幅が適正な場合には、終了ボタン７０を操作して、位置ずれ補正を終了する。
【００４７】
顎運動測定装置３０は、ステップ１１２で、「次へ」指示の選択が確認されると、ステップ１０２に戻って、図７に示す補正角度設定画面６０を、顎運動測定装置３０の表示装置５０に表示する。
【００４８】
操作者は、Ｚ軸方向の加速度データの振幅が最小（略ゼロ）になるように、軸選択部６４を操作してＸ軸を選択し、Ｘ軸周りの補正角度θ２を設定して、確定ボタン６８を選択する。この第２の補正により、Ｙ軸方向が下顎頭の回転軸周りの回転運動の接線方向（前後方向）に対応し、Ｚ軸方向が上記回転軸と加速度センサ１２とを結ぶ直線の延在方向（上下方向）に対応するようになる（図１２参照）。
【００４９】
顎運動測定装置３０は、ステップ１０４〜１１０と同様にして、設定された補正角度に基づいて、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向の加速度データの補正値を演算し、補正後の加速度データを、補正角度設定画面６０の加速度データ表示部６２に表示する。図１０に示すように、Ｚ軸方向の加速度データの振幅が小さくなり、Ｙ軸方向の加速度データの振幅が大きくなったデータ画面６２Ｂが表示される。
【００５０】
図１２（Ａ）及び（Ｂ）は顎運動と加速度センサの装着位置との関係を説明する説明図である。顎運動は、図１２（Ａ）に矢印で図示するように、下顎窩８０を軸受けとする下顎頭８２の回転軸８３周りの「回転運動」と、下顎窩８０に対し下顎頭８２が前方に移動する「滑走運動」とに分類される。なお、下顎窩８０と下顎頭８２との間には、軟骨８１が介在している。図１２（Ｂ）に太い実線で図示するように、加速度センサ１２は、Ｙ軸方向が下顎頭の回転軸周りの回転運動の接線方向（前後方向）に対応し、Ｚ軸方向が上記回転軸と加速度センサ１２とを結ぶ直線の延在方向（上下方向）に対応するように、下顎のオトガイ部１８に装着されている。
【００５１】
従って、下顎頭８２が左右同時に前方に移動する「滑走運動（左右同時）」の場合は、下顎のオトガイ部に対する上下方向（Ｚ軸方向に対応）の動きが加わる（図６（Ｃ）参照）。下顎頭８２が左右別々に前方に移動する「滑走運動（左右変位）」の場合は、下顎のオトガイ部に対する左右方向（Ｘ軸方向に対応）の動きが加わる（図６（Ａ）参照）。
【００５２】
口や顎を略一定の間隔で開閉する「タッピング運動」は、基本的には、図１２（Ａ）に示す回転運動であり、下顎のオトガイ部に対する前後方向（Ｙ軸方向に対応）の動きが最も多くなる（図６（Ｂ）参照）。従って、本実施の形態では、タッピング運動を測定すると共に、Ｘ軸方向及びＺ軸方向の加速度データの振幅が小さくなるように（換言すれば、Ｙ軸方向の加速度データの振幅が大きくなるように）補正を行うのである。
【００５３】
図１１（Ａ）及び（Ｂ）は第２の補正の意義を説明する図である。図１１（Ｂ）に示すように、第２の補正は、加速度センサ１２側から見れば、オトガイ部１８において、Ｚ軸方向が上下方向に対し斜めに装着された加速度センサ１２を、Ｚ軸方向が上下方向と平行になるように、Ｘ軸方向（左右方向）の周りに回転させた状態に相当する。図１１（Ａ）に示すように、第２の補正は、直交座標側から見れば、直交座標をＸ軸周りに角度θ２だけ回転させた状態に相当する。これを三次元の回転行列で表すと、下記式（２）に従って、座標（ｘ’，ｙ’，ｚ’）が座標（ｘ”，ｙ”，ｚ”）に変換されたことに相当する。結果として、ｘ”＝ ｘ’となる。
【００５４】
【数２】
式（２）
【００５５】
操作者は、補正後のデータ画面６２Ｂが表示された加速度データ表示部６２を見て、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向の加速度データを確認する。各軸方向の加速度データの振幅が適正な場合には、終了ボタン７０を操作して、位置ずれ補正を終了する。
【００５６】
＜基線設定＞
顎運動測定装置３０は、ステップ１１４で、終了指示の選択が確認されると、ステップ１１６に進み、図１３に示す基線設定画面８４を、顎運動測定装置３０の表示装置５０に表示する。基線設定画面８４には、Ｙ軸方向の加速度データを表示する加速度データ表示部８６、及びＹ軸方向の加速度データを積分して得られた速度データを表示する速度データ表示部８８が表示されている。
【００５７】
加速度データ表示部８６には、点線で図示した通り、基線の位置を設定するための基線設定ライン９０が表示されている。基線設定ライン９０は、ポインタ９２により上下に移動させて、基線の位置を設定可能に構成されている。基線設定画面８４には、その外に、確定ボタン９４、終了ボタン９６、基線の設定に戻ることを指示する「戻る」ボタン９８が表示されている。
【００５８】
操作者は、基線設定ライン９０を移動させて所定位置に設定し、確定ボタン９４を選択する。
【００５９】
顎運動測定装置３０は、ステップ１１８で、確定指示の入力が確認されると、次のステップ１２０で、設定された基線に基づいて、Ｙ軸方向の加速度データを積分してＹ軸方向の速度データを演算する。そして、ステップ１２２で、基線設定後の速度データを、基線設定画面８４の速度データ表示部８８に表示する。
【００６０】
図１４（Ａ）〜（Ｃ）は基線の位置と速度波形の関係を示す図である。加速度データは、加速度に比例した電圧信号として得られたものであり、ゼロ点は定まっていない。従って、これを積分して速度を求めても、正しい値は得られない。図１４（Ａ）に示すように、基線の位置が高い場合には、速度波形は右下がりになる。これに対し、図１４（Ｃ）に示すように、基線の位置が低い場合には、速度波形は右上りになる。これは、いずれも基線の位置（即ち、加速度波形のゼロ点）が不適切であることを示す。一方、図１４（Ｂ）に示すように、速度波形が一定の振幅範囲で変動するように平坦になれば、基線の位置は適切に設定されている。
【００６１】
操作者は、速度データ表示部８８の表示を見て、基線の位置が適切になるまで、「戻る」ボタン９８を選択して、基線の設定を繰り返し行う。そして、基線の位置が適切になると、「終了」ボタン９６を選択して、基線を確定させる。
【００６２】
顎運動測定装置３０は、ステップ１２４で、「戻る」指示の入力が確認されると、ステップ１１６に戻って、基線設定画面８４を表示し、ステップ１１８〜１２２と同様にして、設定された基線に基づいてＹ軸方向の速度データを演算し、基線設定後の速度データを表示する。一方、ステップ１２６で、終了指示の入力が確認されると、ステップ１２８に進む。
【００６３】
ステップ１２８では、図１５に示すように、最後に設定された基線に基づいて表示された加速度データ１０２を含む顎運動測定画面１００を表示する。即ち、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向の加速度波形を、加速度波形のゼロ点（基線）と共に表示する。これが顎運動の正確な測定結果を表す画面である。この顎運動測定画面１００を表示して、顎運動測定プログラムの処理ルーチンを終了する。
【００６４】
以上説明した通り、本実施の形態によれば、３軸加速度センサを備えた簡易な検出器を取り付けると同時に、加速度センサの装着位置ずれに起因する誤差を補正する「位置ずれ補正」や加速度波形のゼロ点を定める「基線設定」を行って、正確に顎運動の測定を行うことができる。
【００６５】
また、本実施の形態によれば、被験者と共に表示画面を見ながら、リアルタイムで「位置ずれ補正」や「基線設定」を行うことができる。
【００６６】
また、本実施の形態によれば、３軸加速度センサを備えた検出器を、小型且つ軽量な加速度センサ、可撓性が高く且つ軽量なフレキシブル配線、加速度センサを保持すると共に皮膚の振動を吸収する緩衝部材等を用いて構成することで、加速度センサの振動によるノイズの発生を抑制することができる。
【００６７】
更に、上述したように、簡易な装置構成で顎運動を正確に測定できるようにしたことにより、種々の応用が可能となる。例えば、咬み合わせ診断等の早期接触の診断システムへの応用が可能になる。また、顎運動のなめらかさ（すなわち加速度を時間微分した値）を測定（、算出）することで、咀嚼運動を評価するための新たなパラメータの提案にも繋がる。また、軽量化、コードレス化することにより、要介護者の摂食状況や会話などの測定も可能となり、ＱＯＬ（Quarity of Life）が客観的な数値として定量化されることが期待される。また、近年患者数が増加している緊張性頭痛や、かみ合わせ違和感、の直接的な原因と考えられているTooth Contacting Habbit(上下顎の歯牙を定常的に接触させる習慣)の確定診断機器としての応用も可能となる。
【００６８】
なお、上記の実施の形態では、「位置ずれ補正」後に「基線設定」を行う例について説明したが、「基線設定」後に「位置ずれ補正」を行う場合もある。また、「Ｚ軸周りの回転（第１の補正）」後に「Ｘ軸周りの回転（第２の補正）」を行う例について説明したが、「Ｘ軸周りの回転（第２の補正）」後に「Ｚ軸周りの回転（第１の補正）」を行うこともできる。
【００６９】
また、上記の実施の形態では、加速度センサがコンピュータ等で構成された顎運動測定装置に有線接続される例について説明したが、小型且つ軽量の加速度センサであれば、無線通信が可能な加速度センサを用いることもできる。この場合には、顎運動測定装置の通信Ｉ／Ｆに、加速度センサからの無線信号が入力される。
【符号の説明】
【００７０】
１０ 加速度検出器
１２ 加速度センサ
１３ 装着部材
１４ フレキシブル配線
１４Ａ 細線
１６ コネクタ
１８ オトガイ部
２０ インターフェース装置
２２ 緩衝部材
２４ 接着部材
３０ 顎運動測定装置
５０ 表示装置
６０ 補正角度設定画面
６２Ａ データ画面
６２Ｂ データ画面
６２ 加速度データ表示部
６４ 軸選択部
６６ 角度設定部
８０ 下顎窩
８２ 下顎頭
８４ 基線設定画面
８６ 加速度データ表示部
８８ 速度データ表示部
９０ 基線設定ライン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顎運動測定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
顎運動は、下顎窩を軸受けとする下顎頭の回転運動と、下顎頭が前方に移動する滑走運動とに分類される。例えば、咀嚼等で口や顎を小さく開閉する場合には、主に回転運動が発生する。一方、あくび等して口や顎を大きく開閉する場合には、回転運動だけでなく、滑走運動も発生する。これらの顎運動測定により、噛み合わせの不整合等、顎口腔機能の異常を診断することができる。適切な治療を行うためには、顎運動を対象者毎に正確に測定することが重要である。
【０００３】
現在、一部の臨床家の間で普及している顎運動測定装置には、株式会社ジーシー（ＧＣ）製の「ナソヘキサ」等がある。この装置は、患者にヘッドギアと歯列に固定する器具を装着させて、咀嚼運動や開閉口運動などについて、三次元運動を測定する。即ち、下顎の相対位置を計測して、顎運動測定を行っている（非特許文献１参照）。他にも「キネジオグラフ」と呼ばれる装置が普及している。これは、磁石を下顎の歯列に固定をし、磁気をキャプチャーすることにより、顎運動を三次元的に測定するものである。現在の臨床現場において、顎運動を測定する装置としては、これら２つが代表的である。
【０００４】
また、顎運動測定を簡易に行う技術として、下顎のオトガイ部等に加速度センサを取り付け、加速度センサの出力に基づいて被験者の口腔運動を測定する技術が種々提案されている（特許文献１、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】http://www.gcdental.co.jp/product/pdf/nasohekisa.pdf
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１８０９４号公報
【特許文献２】特開２００８−１８０１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、市販の顎運動測定装置は、数百万円と高価であり汎用性に欠けるという問題がある。また、患者にヘッドギアを装着させて測定を行うなど、患者側の負担が大きいという問題がある。また、測定条件が厳しく、測定専用の部屋を準備する必要があり、導入できる医院も限られている。一方、従来の加速度センサを用いた顎運動測定装置は、皮膚やコードの振動を拾うおそれがあり、また、装着方向に再現性がないため、正確な測定が行えないという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記問題を解決すべく成されたものであり、簡易な検出器を取り付けて、正確に顎運動の測定を行うことができる、顎運動測定システムを提供することを目的とする。また、上記目的に加え、本発明は、市販の顎運動測定装置に比べて、安価で汎用性の高い顎運動測定システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、３軸方向の加速度を検知する加速度センサ、一端が前記加速度センサに接続されたフレキシブル配線、前記フレキシブル配線の他端に接続され且つ前記３軸方向の加速度データを出力する出力端子、及び前記加速度センサを下顎のオトガイ部に装着する装着部を、少なくとも備えた加速度検出器と、前記加速度検出器から顎運動に応じた加速度データを取得し、取得された加速度データに対し前記加速度センサに起因する誤差を補正して、加速度波形で表される顎運動を測定する顎運動測定装置と、を備えた顎運動測定システムである。
【００１０】
請求項２の発明は、前記加速度センサは、Ｘ軸方向が左右方向に対応し、Ｙ軸方向が前後方向に対応し、且つＺ軸方向が上下方向に対応するように、下顎のオトガイ部に装着され、前記顎運動測定装置は、Ｘ軸方向の加速度データが最小になるように、前記加速度センサの直交座標をＺ軸周りに回転させる第１の補正と、Ｚ軸方向の加速度データが最小になるように、前記加速度センサの直交座標をＸ軸周りに回転させる第２の補正とを行い、取得された加速度データに対し前記加速度センサの装着位置ずれに起因する誤差を補正する位置ずれ補正手段を備えた、請求項１に記載の顎運動測定システムである。
【００１１】
請求項３の発明は、前記顎運動測定装置は、表示手段及び前記表示手段を制御する表示制御手段を更に備え、前記表示制御手段は、前記加速度検出器から取得された加速度データ、前記加速度センサの３軸の何れかを選択する軸選択部、及び選択された軸周りの回転角度を設定する角度設定部を、前記表示装置に表示し、前記位置ずれ補正手段は、前記軸選択部により選択されたＺ軸周りに、前記角度設定部により設定された角度だけ加速度センサの直交座標を回転させて、Ｘ軸方向の加速度データを最小にする第１の補正を行い、前記軸選択部により選択されたＸ軸周りに、前記角度設定部により設定された角度だけ加速度センサの直交座標を回転させて、Ｚ軸方向の加速度データを最小にする第２の補正を行う、請求項２に記載の顎運動測定システムである。
【００１２】
請求項４の発明は、前記顎運動測定装置は、Ｙ軸方向の電圧信号を積分して得られた速度波形が一定の振幅範囲で変動するように、前記加速度検出器から取得された加速度データに対し基線を設定して加速度波形のゼロ点を定める基線設定手段を更に備えた、請求項１から請求項３までの何れか１項に記載の顎運動測定システムである。
【００１３】
請求項５の発明は、前記顎運動測定装置は、前記表示制御手段が、前記加速度検出器から取得されたＹ軸方向の加速度データ、及び取得された加速度データに対し基線を設定する基線設定部を、前記表示装置に表示する第１の工程と、前記基線設定手段が、前記基線設定部により設定された基線に基づいてＹ軸方向の加速度データを積分する第２の工程と、前記表示制御手段が、Ｙ軸方向の加速度データを積分して得られた速度波形を前記表示装置に表示する第３の工程と、を基線が確定されるまで繰り返し行って、前記加速度データに対し基線を設定して加速度波形のゼロ点を定める、請求項４に記載の顎運動測定システムである。
【００１４】
請求項６の発明は、前記加速度センサは、下顎のオトガイ部の皮膚を下垂させない程度に、小型化且つ軽量化された請求項１から請求項５までの何れか１項に記載の顎運動測定システムである。
【００１５】
請求項７の発明は、前記フレキシブル配線は、前記加速度センサにより検知される加速度を変動させない程度に、可とう性が付与され且つ軽量化された請求項１から請求項６までの何れか１項に記載の顎運動測定システムである。
【００１６】
請求項８の発明は、前記装着部は、前記加速度センサを保持すると共に皮膚の振動を吸収する緩衝部材と、前記緩衝部材を介して前記加速度センサを下顎のオトガイ部に接着する接着部材と、を備えた請求項１から請求項７までの何れか１項に記載の顎運動測定システムである。
【発明の効果】
【００１７】
各請求項に係る発明によれば、以下の効果がある。
【００１８】
請求項１に記載の発明によれば、簡易な検出器を取り付けて、正確に顎運動の測定を行うことができる、顎運動測定システムを提供することができる、という効果がある。
【００１９】
請求項２に記載の発明によれば、加速度センサの装着位置ずれに起因する誤差を補正することができる、という効果がある。
【００２０】
請求項３に記載の発明によれば、表示画面を見ながら、リアルタイムで加速度センサの装着位置ずれに起因する誤差を補正することができる、という効果がある。
【００２１】
請求項４に記載の発明によれば、基線を設定して加速度波形のゼロ点を定めることができる、という効果がある。
【００２２】
請求項５に記載の発明によれば、表示画面を見ながら、リアルタイムで基線を設定して加速度波形のゼロ点を定めることができる、という効果がある。
【００２３】
請求項６、７、８に記載の発明によれば、加速度センサの振動によるノイズの発生を抑制することができる、という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態に係る顎運動測定システムの構成を表す概略図である。
【図２】加速度センサの周辺部の構成を表す概略図である。
【図３】顎運動測定装置の構成を示すブロック図である。
【図４】（Ａ）は装着部材の構造を示す積層断面図である。（Ｂ）は装着部材により加速度センサがオトガイ部１８に装着された様子を示す模式図である。
【図５】加速度センサの直交座標系と顎運動の方向との関係を示す図である。
【図６】（Ａ）〜（Ｃ）は、下顎のオトガイ部に対する左右方向、前後方向、及び上下方向を表す図である。
【図７】補正角度設定画面を示す図である。
【図８】補正後の加速度データを表示する画面を示す図である。
【図９】（Ａ）及び（Ｂ）は第１の補正の意義を説明する図である。
【図１０】補正後の加速度データを表示する画面を示す図である。
【図１１】（Ａ）及び（Ｂ）は第２の補正の意義を説明する図である。
【図１２】（Ａ）及び（Ｂ）は顎運動と加速度センサの装着位置との関係を説明する説明図である。
【図１３】基線設定画面を示す図である。
【図１４】（Ａ）〜（Ｃ）は基線の位置と速度波形の関係を示す図である。
【図１５】顎運動測定画面を示す図である。
【図１６】顎運動測定プログラムの処理ルーチンを表すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。
【００２６】
＜顎運動測定装置＞
（全体的な装置構成）
図１は本発明の実施の形態に係る顎運動測定システムの構成を表す概略図である。図１に示すように、顎運動測定システムは、加速度検出器１０と、加速度検出器１０の出力をアナログ／デジタル変換するインターフェース装置２０と、インターフェース装置２０を介して加速度検出器１０と接続される顎運動測定装置３０と、を含んで構成されている。加速度検出器１０は、３軸方向の加速度を検知する加速度センサ１２、一端が加速度センサ１２に接続されたフレキシブル配線１４、及びフレキシブル配線１４の他端に接続されたコネクタ１６を備えている。コネクタ１６は、インターフェース装置２０に接続される。加速度センサ１２は、後述する装着部材を用いて下顎のオトガイ部１８に装着される。
【００２７】
加速度検出器１０は、加速度センサ１２により３軸方向の加速度に応じた電圧信号（以下、適宜、加速度又は加速度データという。）を検知する。検知された電圧信号は、フレキシブル配線１４、及びコネクタ１６を介してインターフェース装置２０に入力され、アナログ信号からデジタル信号に変換される。デジタル信号に変換された加速度データは、顎運動測定装置３０に入力される。顎運動測定装置３０は、加速度検出器１０から顎運動に応じた加速度データを取得し、取得された加速度データに対し加速度センサ１２に起因する誤差を補正して、加速度波形で表される顎運動を測定する。
【００２８】
（加速度センサ周辺）
図２は加速度センサの周辺部の構成を表す概略図である。図２に示すように、加速度センサ１２としては、５ｍｍ×５ｍｍ程度の大きさの小型且つ軽量な３軸加速度センサが好適に用いられる。小型且つ軽量な加速度センサ１２は、下顎のオトガイ部１８の皮膚を下垂させないので、加速度センサ１２の振動によるノイズの発生を抑制する。本実施の形態では、市販されている加速度センサ（浅草技研社製の３軸加速度センサ「AS-3ACC」）のセンサボードから取り外したチップを、加速度センサ１２として使用している。
【００２９】
また、フレキシブル配線１４としては、折り曲げ可能なほど可撓性が高く且つ軽量なフレキシブル配線が好適に用いられる。可撓性が高く且つ軽量なフレキシブル配線１４は、加速度センサ１２により検知される電圧信号を変動させない。本実施の形態では、加速度センサ１２のリード端子の数に応じて、複数本の細線１４Ａが束ねられたフレキシブル配線１４が用いられている。図２では６本の細線１４Ａが束ねられている。細線１４Ａの各々は、絶縁被膜で被覆された電線であり、端部の被膜が除去されて、加速度センサ１２のリード端子に直接半田付けされている。本実施の形態では、細線１４Ａとして、潤工社製の発泡ＰＴＦＥで被覆された０．０５ｍｍ径の電線を用いている。ＰＴＦＥとは、四フッ化エチレン樹脂、いわゆるテフロン（登録商標）である。
【００３０】
（顎運動測定装置）
図３は顎運動測定装置の構成を示すブロック図である。顎運動測定装置３０は、例えば、顎運動測定プログラムがインストールされたコンピュータ及びその周辺機器により構成されている。顎運動測定装置３０は、図３に示すように、装置全体の制御及び各種演算を行うＣＰＵ（中央処理装置; Central Processing Unit）３２、ＯＳ（Operating Systems）等の各種プログラムを記憶したＲＯＭ（Read Only Memory）３４、プログラムの実行時にワークエリアとして使用されるＲＡＭ（Random Access Memory）３６、各種情報を記憶するハードディスク（ＨＤ）３８、入出力（Ｉ／Ｏ）ポート４０、通信インターフェース（Ｉ／Ｆ）４２、及び各種ドライブ４４を備えている。これら各部は、バス４６により相互に接続されている。
【００３１】
Ｉ／Ｏポート４０には、キーボードやマウス等の入力装置４８と、ディスプレイ等の表示装置５０と、が接続されている。通信Ｉ／Ｆ４２は、有線又は無線の通信回線を介して、外部と各種情報の授受を行う。また、本実施の形態では、通信Ｉ／Ｆ４２はインターフェース装置２０とケーブルで有線接続されており、加速度検出器１０から出力された電圧信号に対応するデジタル信号（加速度データ）が入力される。各種ドライブ４４は、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭなどのコンピュータ読み取り可能な可搬性記録媒体５２からデータを読み込んだり、それらに対してデータを書き込んだりする装置である。
【００３２】
顎運動測定プログラムは、可搬性記録媒体５２から読み取られて、ＲＯＭ３４又はハードディスク３８に記憶される。或いは、インターネットを介して伝送され、通信Ｉ／Ｆ４２により受信されて、ＲＯＭ３４又はハードディスク３８に記憶される。また、ハードディスク３８には、各種データベースを記憶するためのデータベース領域（図示せず）が設けられ各種の診療用データベースが記憶されている。
【００３３】
ＣＰＵ３２は、プログラムをＲＯＭ３４又はハードディスク３８から読み出し、ＲＡＭ３６にロードする。そして、ＲＡＭ３６をワークエリアとして使用し、入力装置４８及び表示装置５０を用いてユーザと対話をしながら、ロードされたプログラムを実行する。顎運動測定プログラムの処理ルーチンについては後述する。
【００３４】
＜加速度検出器の装着方法＞
（オトガイ部への装着方法）
次に、加速度検出器の装着方法について説明する。図４（Ａ）は装着部材の構造を示す積層断面図である。図４（Ｂ）は装着部材により加速度センサがオトガイ部１８に装着された様子を示す模式図である。ここではフレキシブル配線１４等の図示を省略する。図４（Ａ）に示すように、加速度検出器１０は、加速度センサ１２を下顎のオトガイ部１８に装着するための装着部材１３を備えている。
【００３５】
装着部材１３は、加速度センサ１２を保持すると共に皮膚の振動を吸収する緩衝部材２２と、緩衝部材２２を介して加速度センサ１２を下顎のオトガイ部１８に接着する接着部材２４とを備えている。シート状の接着部材２４は、緩衝部材２２が設けられる面とは反対側の面が接着面とされている。緩衝部材２２としては、厚さ１ｍｍ程度とやや厚めの両面接着テープ等を用いることができる。接着部材２４としては、例えば、心電図測定に使用されるような、皮膚への密着性に優れる医療用の接着テープ等を用いることができる。
【００３６】
図４（Ｂ）に示すように、装着部材１３は、接着部材２４の接着面が、オトガイ部１８表面の皮膚に接着するようにして装着される。オトガイ部１８は下顎の先端部であり、湾曲した形状を有しているが、加速度センサ１２と接着部材２４との間に厚めの緩衝部材２２を介在させることで、皮膚の振動が吸収されるだけでなく、加速度センサ１２の湾曲も防止される。
【００３７】
（加速度センサの直交座標系との関係）
図５は加速度センサの直交座標系と顎運動の方向との関係を示す図である。加速度センサ１２は、直交座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向の加速度を検知する３軸加速度センサである。人体の一部を構成する下顎のオトガイ部１８には、左右方向、前後方向、及び上下方向の区別がある。加速度センサ１２は、Ｘ軸方向が左右方向に対応し、Ｙ軸方向が前後方向に対応し、且つＺ軸方向が上下方向に対応するように、下顎のオトガイ部１８に装着される。図面を参照して後述する通り、より詳細には、Ｙ軸方向が下顎頭の回転軸周りの回転運動の接線方向（前後方向）に対応し、Ｚ軸方向が上記回転軸と加速度センサ１２とを結ぶ直線の延在方向（上下方向）に対応する（図１２参照）。
【００３８】
図６（Ａ）〜（Ｃ）は、下顎のオトガイ部に対する左右方向、前後方向、及び上下方向を表す図である。加速度センサ１２は、オトガイ部１８の接線に沿って装着される。側方から見ると、加速度センサ１２は斜めに傾けて配置されている。矢印で図示した方向の各々が、下顎のオトガイ部に対する左右方向、前後方向、及び上下方向に相当する。これが正しい装着位置であり、加速度センサ１２がこの位置からずれた位置に装着されると、次に説明する通り、装着位置ずれに起因する誤差を補正する「位置ずれ補正」が必要となる。
【００３９】
＜装着位置ずれ補正＞
（Ｚ軸周りの回転 -第１の補正-）
加速度検出器１０、インターフェース装置２０、及び顎運動測定装置３０を含む顎運動測定システムのセッティングが完了し、加速度検出器１０の装着部材１３により加速度センサ１２の被験者へのオトガイ部１８への装着が完了すると、顎運動測定装置３０への加速度データの入力を開始する。また、顎運動測定装置３０は、ＲＯＭ３４に記憶された「顎運動測定プログラム」を起動する。図１６は、顎運動測定プログラムの処理ルーチンを表すフローチャートである。
【００４０】
まず、被験者に、口や顎を略一定の間隔で開閉する「タッピング運動」を行わせる。顎運動測定装置３０は、ステップ１００で、タッピング時の加速度データを取得する。次のステップ１０２で、図７に示す補正角度設定画面６０を、顎運動測定装置３０の表示装置５０に表示する。
【００４１】
図７に示すように、補正角度設定画面６０には、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向の加速度データを表示する加速度データ表示部６２、軸選択部６４、及び角度設定部６６が表示されている。軸選択部６４は、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の何れかを選択可能に構成されている。角度設定部６６は、例えば−４〜＋４までの目盛上を、ポインタ７８によりカーソル７６を移動させて、補正角度θを設定可能に構成されている。補正角度設定画面６０には、その外に、確定ボタン６８、終了ボタン７０、次の軸選択を指示する「次へ」ボタン７２が表示されている。
【００４２】
操作者は、加速度データ表示部６２を見て、まず、Ｘ軸方向の加速度データを確認する。Ｘ軸方向の加速度データの振幅が大きいと判断した場合には、Ｘ軸方向の加速度データの振幅が最小（略ゼロ）になるように、軸選択部６４を操作してＺ軸を選択し、Ｚ軸周りの補正角度θ１を設定して、確定ボタン６８を選択する。
【００４３】
顎運動測定装置３０は、ステップ１０４で軸の選択が確認され、ステップ１０６で確定指示の入力が確認されると、次のステップ１０８で、設定された補正角度に基づいて、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向の加速度データの補正値を演算する。そして、ステップ１１０で、補正後の加速度データを、補正角度設定画面６０の加速度データ表示部６２に表示する。図８に示すように、Ｘ軸方向の加速度データの振幅が略ゼロとなり、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の加速度データの振幅が大きくなったデータ画面６２Ａが表示される。
【００４４】
図９（Ａ）及び（Ｂ）は第１の補正の意義を説明する図である。図９（Ｂ）に示すように、第１の補正は、加速度センサ１２側から見れば、オトガイ部１８において、Ｘ軸方向が左右方向に対し斜めに装着された加速度センサ１２を、Ｘ軸方向が左右方向に対し平行になるように回転させた状態に相当する。図９（Ａ）に示すように、第１の補正は、直交座標側から見れば、直交座標をＺ軸周りに角度θ１だけ回転させた状態に相当する。これを三次元の回転行列で表すと、下記式（１）に従って、座標（ｘ，ｙ，ｚ）が座標（ｘ’，ｙ’，ｚ’）に変換されたことに相当する。なお、三次元座標における回転行列において、回転角度の正方向は右ネジの方向である。結果として、ｚ’＝ｚとなる。
【００４５】
【数１】
式（１）
【００４６】
（Ｘ軸周りの回転 -第２の補正-）
操作者は、補正後のデータ画面６２Ａが表示された加速度データ表示部６２を見て、Ｚ軸方向の加速度データを確認する。Ｚ軸方向の加速度データの振幅が大きいと判断した場合には、「次へ」ボタン７２を操作して次の軸を選択する。Ｚ軸方向の加速度データの振幅が適正な場合には、終了ボタン７０を操作して、位置ずれ補正を終了する。
【００４７】
顎運動測定装置３０は、ステップ１１２で、「次へ」指示の選択が確認されると、ステップ１０２に戻って、図７に示す補正角度設定画面６０を、顎運動測定装置３０の表示装置５０に表示する。
【００４８】
操作者は、Ｚ軸方向の加速度データの振幅が最小（略ゼロ）になるように、軸選択部６４を操作してＸ軸を選択し、Ｘ軸周りの補正角度θ２を設定して、確定ボタン６８を選択する。この第２の補正により、Ｙ軸方向が下顎頭の回転軸周りの回転運動の接線方向（前後方向）に対応し、Ｚ軸方向が上記回転軸と加速度センサ１２とを結ぶ直線の延在方向（上下方向）に対応するようになる（図１２参照）。
【００４９】
顎運動測定装置３０は、ステップ１０４〜１１０と同様にして、設定された補正角度に基づいて、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向の加速度データの補正値を演算し、補正後の加速度データを、補正角度設定画面６０の加速度データ表示部６２に表示する。図１０に示すように、Ｚ軸方向の加速度データの振幅が小さくなり、Ｙ軸方向の加速度データの振幅が大きくなったデータ画面６２Ｂが表示される。
【００５０】
図１２（Ａ）及び（Ｂ）は顎運動と加速度センサの装着位置との関係を説明する説明図である。顎運動は、図１２（Ａ）に矢印で図示するように、下顎窩８０を軸受けとする下顎頭８２の回転軸８３周りの「回転運動」と、下顎窩８０に対し下顎頭８２が前方に移動する「滑走運動」とに分類される。なお、下顎窩８０と下顎頭８２との間には、軟骨８１が介在している。図１２（Ｂ）に太い実線で図示するように、加速度センサ１２は、Ｙ軸方向が下顎頭の回転軸周りの回転運動の接線方向（前後方向）に対応し、Ｚ軸方向が上記回転軸と加速度センサ１２とを結ぶ直線の延在方向（上下方向）に対応するように、下顎のオトガイ部１８に装着されている。
【００５１】
従って、下顎頭８２が左右同時に前方に移動する「滑走運動（左右同時）」の場合は、下顎のオトガイ部に対する上下方向（Ｚ軸方向に対応）の動きが加わる（図６（Ｃ）参照）。下顎頭８２が左右別々に前方に移動する「滑走運動（左右変位）」の場合は、下顎のオトガイ部に対する左右方向（Ｘ軸方向に対応）の動きが加わる（図６（Ａ）参照）。
【００５２】
口や顎を略一定の間隔で開閉する「タッピング運動」は、基本的には、図１２（Ａ）に示す回転運動であり、下顎のオトガイ部に対する前後方向（Ｙ軸方向に対応）の動きが最も多くなる（図６（Ｂ）参照）。従って、本実施の形態では、タッピング運動を測定すると共に、Ｘ軸方向及びＺ軸方向の加速度データの振幅が小さくなるように（換言すれば、Ｙ軸方向の加速度データの振幅が大きくなるように）補正を行うのである。
【００５３】
図１１（Ａ）及び（Ｂ）は第２の補正の意義を説明する図である。図１１（Ｂ）に示すように、第２の補正は、加速度センサ１２側から見れば、オトガイ部１８において、Ｚ軸方向が上下方向に対し斜めに装着された加速度センサ１２を、Ｚ軸方向が上下方向と平行になるように、Ｘ軸方向（左右方向）の周りに回転させた状態に相当する。図１１（Ａ）に示すように、第２の補正は、直交座標側から見れば、直交座標をＸ軸周りに角度θ２だけ回転させた状態に相当する。これを三次元の回転行列で表すと、下記式（２）に従って、座標（ｘ’，ｙ’，ｚ’）が座標（ｘ”，ｙ”，ｚ”）に変換されたことに相当する。結果として、ｘ”＝ ｘ’となる。
【００５４】
【数２】
式（２）
【００５５】
操作者は、補正後のデータ画面６２Ｂが表示された加速度データ表示部６２を見て、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向の加速度データを確認する。各軸方向の加速度データの振幅が適正な場合には、終了ボタン７０を操作して、位置ずれ補正を終了する。
【００５６】
＜基線設定＞
顎運動測定装置３０は、ステップ１１４で、終了指示の選択が確認されると、ステップ１１６に進み、図１３に示す基線設定画面８４を、顎運動測定装置３０の表示装置５０に表示する。基線設定画面８４には、Ｙ軸方向の加速度データを表示する加速度データ表示部８６、及びＹ軸方向の加速度データを積分して得られた速度データを表示する速度データ表示部８８が表示されている。
【００５７】
加速度データ表示部８６には、点線で図示した通り、基線の位置を設定するための基線設定ライン９０が表示されている。基線設定ライン９０は、ポインタ９２により上下に移動させて、基線の位置を設定可能に構成されている。基線設定画面８４には、その外に、確定ボタン９４、終了ボタン９６、基線の設定に戻ることを指示する「戻る」ボタン９８が表示されている。
【００５８】
操作者は、基線設定ライン９０を移動させて所定位置に設定し、確定ボタン９４を選択する。
【００５９】
顎運動測定装置３０は、ステップ１１８で、確定指示の入力が確認されると、次のステップ１２０で、設定された基線に基づいて、Ｙ軸方向の加速度データを積分してＹ軸方向の速度データを演算する。そして、ステップ１２２で、基線設定後の速度データを、基線設定画面８４の速度データ表示部８８に表示する。
【００６０】
図１４（Ａ）〜（Ｃ）は基線の位置と速度波形の関係を示す図である。加速度データは、加速度に比例した電圧信号として得られたものであり、ゼロ点は定まっていない。従って、これを積分して速度を求めても、正しい値は得られない。図１４（Ａ）に示すように、基線の位置が高い場合には、速度波形は右下がりになる。これに対し、図１４（Ｃ）に示すように、基線の位置が低い場合には、速度波形は右上りになる。これは、いずれも基線の位置（即ち、加速度波形のゼロ点）が不適切であることを示す。一方、図１４（Ｂ）に示すように、速度波形が一定の振幅範囲で変動するように平坦になれば、基線の位置は適切に設定されている。
【００６１】
操作者は、速度データ表示部８８の表示を見て、基線の位置が適切になるまで、「戻る」ボタン９８を選択して、基線の設定を繰り返し行う。そして、基線の位置が適切になると、「終了」ボタン９６を選択して、基線を確定させる。
【００６２】
顎運動測定装置３０は、ステップ１２４で、「戻る」指示の入力が確認されると、ステップ１１６に戻って、基線設定画面８４を表示し、ステップ１１８〜１２２と同様にして、設定された基線に基づいてＹ軸方向の速度データを演算し、基線設定後の速度データを表示する。一方、ステップ１２６で、終了指示の入力が確認されると、ステップ１２８に進む。
【００６３】
ステップ１２８では、図１５に示すように、最後に設定された基線に基づいて表示された加速度データ１０２を含む顎運動測定画面１００を表示する。即ち、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向の加速度波形を、加速度波形のゼロ点（基線）と共に表示する。これが顎運動の正確な測定結果を表す画面である。この顎運動測定画面１００を表示して、顎運動測定プログラムの処理ルーチンを終了する。
【００６４】
以上説明した通り、本実施の形態によれば、３軸加速度センサを備えた簡易な検出器を取り付けると同時に、加速度センサの装着位置ずれに起因する誤差を補正する「位置ずれ補正」や加速度波形のゼロ点を定める「基線設定」を行って、正確に顎運動の測定を行うことができる。
【００６５】
また、本実施の形態によれば、被験者と共に表示画面を見ながら、リアルタイムで「位置ずれ補正」や「基線設定」を行うことができる。
【００６６】
また、本実施の形態によれば、３軸加速度センサを備えた検出器を、小型且つ軽量な加速度センサ、可撓性が高く且つ軽量なフレキシブル配線、加速度センサを保持すると共に皮膚の振動を吸収する緩衝部材等を用いて構成することで、加速度センサの振動によるノイズの発生を抑制することができる。
【００６７】
更に、上述したように、簡易な装置構成で顎運動を正確に測定できるようにしたことにより、種々の応用が可能となる。例えば、咬み合わせ診断等の早期接触の診断システムへの応用が可能になる。また、顎運動のなめらかさ（すなわち加速度を時間微分した値）を測定（、算出）することで、咀嚼運動を評価するための新たなパラメータの提案にも繋がる。また、軽量化、コードレス化することにより、要介護者の摂食状況や会話などの測定も可能となり、ＱＯＬ（Quarity of Life）が客観的な数値として定量化されることが期待される。また、近年患者数が増加している緊張性頭痛や、かみ合わせ違和感、の直接的な原因と考えられているTooth Contacting Habbit(上下顎の歯牙を定常的に接触させる習慣)の確定診断機器としての応用も可能となる。
【００６８】
なお、上記の実施の形態では、「位置ずれ補正」後に「基線設定」を行う例について説明したが、「基線設定」後に「位置ずれ補正」を行う場合もある。また、「Ｚ軸周りの回転（第１の補正）」後に「Ｘ軸周りの回転（第２の補正）」を行う例について説明したが、「Ｘ軸周りの回転（第２の補正）」後に「Ｚ軸周りの回転（第１の補正）」を行うこともできる。
【００６９】
また、上記の実施の形態では、加速度センサがコンピュータ等で構成された顎運動測定装置に有線接続される例について説明したが、小型且つ軽量の加速度センサであれば、無線通信が可能な加速度センサを用いることもできる。この場合には、顎運動測定装置の通信Ｉ／Ｆに、加速度センサからの無線信号が入力される。
【符号の説明】
【００７０】
１０ 加速度検出器
１２ 加速度センサ
１３ 装着部材
１４ フレキシブル配線
１４Ａ 細線
１６ コネクタ
１８ オトガイ部
２０ インターフェース装置
２２ 緩衝部材
２４ 接着部材
３０ 顎運動測定装置
５０ 表示装置
６０ 補正角度設定画面
６２Ａ データ画面
６２Ｂ データ画面
６２ 加速度データ表示部
６４ 軸選択部
６６ 角度設定部
８０ 下顎窩
８２ 下顎頭
８４ 基線設定画面
８６ 加速度データ表示部
８８ 速度データ表示部
９０ 基線設定ライン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３軸方向の加速度を検知する加速度センサ、一端が前記加速度センサに接続されたフレキシブル配線、前記フレキシブル配線の他端に接続され且つ前記３軸方向の加速度データを出力する出力端子、及び前記加速度センサを下顎のオトガイ部に装着する装着部を、少なくとも備えた加速度検出器と、
前記加速度検出器から顎運動に応じた加速度データを取得し、取得された加速度データに対し前記加速度センサに起因する誤差を補正して、加速度波形で表される顎運動を測定する顎運動測定装置と、
を備えた顎運動測定システム。
【請求項２】
前記加速度センサは、Ｘ軸方向が左右方向に対応し、Ｙ軸方向が前後方向に対応し、且つＺ軸方向が上下方向に対応するように、下顎のオトガイ部に装着され、
前記顎運動測定装置は、Ｘ軸方向の加速度データが最小になるように、前記加速度センサの直交座標をＺ軸周りに回転させる第１の補正と、Ｚ軸方向の加速度データが最小になるように、前記加速度センサの直交座標をＸ軸周りに回転させる第２の補正とを行い、取得された加速度データに対し前記加速度センサの装着位置ずれに起因する誤差を補正する位置ずれ補正手段を備えた、
請求項１に記載の顎運動測定システム。
【請求項３】
前記顎運動測定装置は、表示手段及び前記表示手段を制御する表示制御手段を更に備え、前記表示制御手段は、前記加速度検出器から取得された加速度データ、前記加速度センサの３軸の何れかを選択する軸選択部、及び選択された軸周りの回転角度を設定する角度設定部を、前記表示装置に表示し、
前記位置ずれ補正手段は、前記軸選択部により選択されたＺ軸周りに、前記角度設定部により設定された角度だけ加速度センサの直交座標を回転させて、Ｘ軸方向の加速度データを最小にする第１の補正を行い、前記軸選択部により選択されたＸ軸周りに、前記角度設定部により設定された角度だけ加速度センサの直交座標を回転させて、Ｚ軸方向の加速度データを最小にする第２の補正を行う、
請求項２に記載の顎運動測定システム。
【請求項４】
前記顎運動測定装置は、Ｙ軸方向の電圧信号を積分して得られた速度波形が一定の振幅範囲で変動するように、前記加速度検出器から取得された加速度データに対し基線を設定して加速度波形のゼロ点を定める基線設定手段を更に備えた、
請求項１から請求項３までの何れか１項に記載の顎運動測定システム。
【請求項５】
前記顎運動測定装置は、
前記表示制御手段が、前記加速度検出器から取得されたＹ軸方向の加速度データ、及び取得された加速度データに対し基線を設定する基線設定部を、前記表示装置に表示する第１の工程と、前記基線設定手段が、前記基線設定部により設定された基線に基づいてＹ軸方向の加速度データを積分する第２の工程と、前記表示制御手段が、Ｙ軸方向の加速度データを積分して得られた速度波形を前記表示装置に表示する第３の工程と、を基線が確定されるまで繰り返し行って、
前記加速度データに対し基線を設定して加速度波形のゼロ点を定める、
請求項４に記載の顎運動測定システム。
【請求項６】
前記加速度センサは、下顎のオトガイ部の皮膚を下垂させない程度に、小型化且つ軽量化された請求項１から請求項５までの何れか１項に記載の顎運動測定システム。
【請求項７】
前記フレキシブル配線は、前記加速度センサにより検知される加速度を変動させない程度に、可とう性が付与され且つ軽量化された請求項１から請求項６までの何れか１項に記載の顎運動測定システム。
【請求項８】
前記装着部は、前記加速度センサを保持すると共に皮膚の振動を吸収する緩衝部材と、前記緩衝部材を介して前記加速度センサを下顎のオトガイ部に接着する接着部材と、を備えた請求項１から請求項７までの何れか１項に記載の顎運動測定システム。
【請求項１】
３軸方向の加速度を検知する加速度センサ、一端が前記加速度センサに接続されたフレキシブル配線、前記フレキシブル配線の他端に接続され且つ前記３軸方向の加速度データを出力する出力端子、及び前記加速度センサを下顎のオトガイ部に装着する装着部を、少なくとも備えた加速度検出器と、
前記加速度検出器から顎運動に応じた加速度データを取得し、取得された加速度データに対し前記加速度センサに起因する誤差を補正して、加速度波形で表される顎運動を測定する顎運動測定装置と、
を備えた顎運動測定システム。
【請求項２】
前記加速度センサは、Ｘ軸方向が左右方向に対応し、Ｙ軸方向が前後方向に対応し、且つＺ軸方向が上下方向に対応するように、下顎のオトガイ部に装着され、
前記顎運動測定装置は、Ｘ軸方向の加速度データが最小になるように、前記加速度センサの直交座標をＺ軸周りに回転させる第１の補正と、Ｚ軸方向の加速度データが最小になるように、前記加速度センサの直交座標をＸ軸周りに回転させる第２の補正とを行い、取得された加速度データに対し前記加速度センサの装着位置ずれに起因する誤差を補正する位置ずれ補正手段を備えた、
請求項１に記載の顎運動測定システム。
【請求項３】
前記顎運動測定装置は、表示手段及び前記表示手段を制御する表示制御手段を更に備え、前記表示制御手段は、前記加速度検出器から取得された加速度データ、前記加速度センサの３軸の何れかを選択する軸選択部、及び選択された軸周りの回転角度を設定する角度設定部を、前記表示装置に表示し、
前記位置ずれ補正手段は、前記軸選択部により選択されたＺ軸周りに、前記角度設定部により設定された角度だけ加速度センサの直交座標を回転させて、Ｘ軸方向の加速度データを最小にする第１の補正を行い、前記軸選択部により選択されたＸ軸周りに、前記角度設定部により設定された角度だけ加速度センサの直交座標を回転させて、Ｚ軸方向の加速度データを最小にする第２の補正を行う、
請求項２に記載の顎運動測定システム。
【請求項４】
前記顎運動測定装置は、Ｙ軸方向の電圧信号を積分して得られた速度波形が一定の振幅範囲で変動するように、前記加速度検出器から取得された加速度データに対し基線を設定して加速度波形のゼロ点を定める基線設定手段を更に備えた、
請求項１から請求項３までの何れか１項に記載の顎運動測定システム。
【請求項５】
前記顎運動測定装置は、
前記表示制御手段が、前記加速度検出器から取得されたＹ軸方向の加速度データ、及び取得された加速度データに対し基線を設定する基線設定部を、前記表示装置に表示する第１の工程と、前記基線設定手段が、前記基線設定部により設定された基線に基づいてＹ軸方向の加速度データを積分する第２の工程と、前記表示制御手段が、Ｙ軸方向の加速度データを積分して得られた速度波形を前記表示装置に表示する第３の工程と、を基線が確定されるまで繰り返し行って、
前記加速度データに対し基線を設定して加速度波形のゼロ点を定める、
請求項４に記載の顎運動測定システム。
【請求項６】
前記加速度センサは、下顎のオトガイ部の皮膚を下垂させない程度に、小型化且つ軽量化された請求項１から請求項５までの何れか１項に記載の顎運動測定システム。
【請求項７】
前記フレキシブル配線は、前記加速度センサにより検知される加速度を変動させない程度に、可とう性が付与され且つ軽量化された請求項１から請求項６までの何れか１項に記載の顎運動測定システム。
【請求項８】
前記装着部は、前記加速度センサを保持すると共に皮膚の振動を吸収する緩衝部材と、前記緩衝部材を介して前記加速度センサを下顎のオトガイ部に接着する接着部材と、を備えた請求項１から請求項７までの何れか１項に記載の顎運動測定システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１０−２００８５６（Ｐ２０１０−２００８５６Ａ）
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−４７２５７（Ｐ２００９−４７２５７）
【出願日】平成２１年２月２７日（２００９．２．２７）
【出願人】（５０４１７９２５５）国立大学法人 東京医科歯科大学 (228)
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月２７日（２００９．２．２７）
【出願人】（５０４１７９２５５）国立大学法人 東京医科歯科大学 (228)
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