JPH03148032A - 動揺度測定装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、人口歯根等の小物体の固定状態を表わす動揺
度を測定する動揺度測定装置に関する。

［従来の技術］ 従来、固定状態を測定することが必要とされている物の
一例として歯科用インブラント（人工歯根）がある。固
定状態は、被測定物の動揺度として捕らえることができ
る。ここで、動揺度とは、ある衝撃を加えたときの被測
定物の振動の大きさをいう。

虫歯や事故などで天然歯を失った場合、歯冠を支える歯
根がないためにブリッジ等を用いた治療が行なわれてい
る。しかしながら、ブリッジは支持天然歯に過大な負担
を掛け、その寿命をちしめてしまう等の問題がある。

そのため、歯冠を支える人工歯根を顎骨に埋植固定し、
その上に人工の歯冠を取り付ける治療法が研究されてお
り、現在、多くの人工歯根が実用化されている。このう
ちある種の人工歯根では、手術時において人工歯根の固
定状態を測定することが必要とされている。例えば、顎
骨と人工歯根が直接結合するタイプの人工歯根では、人
工歯根埋植時の顎骨への固定が不十分であると、人工歯
根と顎骨との間に軟組織が入り込んで、顎骨との直接の
結合が得られず、十分に機能させることができない。こ
のために、埋植時に歯根の固定が充分であることを確認
しなければならない。

しかし、従来の測定方法で歯根の固定状態を測定するの
は、困難である。即ち、Ｘ線像からは、人工歯根の近遠
６部の情報しか得られない。また、人工歯根に強い力を
加える測定方法では、せっかく得られた固定を破壊して
しまう恐れがある。

そこで、本発明者らは、超音波により人工歯根の微小動
揺を測定する方法を提案している（特開昭６０−１９０
９４１号）。

この方法は、超音波振動によって人工歯根に励起された
振動を電気信号に変換して観測するというものである。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、このような従来の超音波振動を観測する
方法にあっては、受信信号の処理方法が十分に確立され
ておらず不十分であったため、人工歯根の振動を示す電
気信号をオシロスコープで観測しており、振動波形は多
くの情報を含んでいる反面、無駄な情報も含んでいるた
めに、固定状態を表わす動揺度という数値を客観的に判
定することが困難であり、固定状態の適切な評価が行い
にくい問題があった。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたも
ので、非測定物の振動検出情報から必要な情報を抽出し
動揺度を数値として求めることができる動揺度測定装置
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］ 第１Ａ図は本発明のクレーム対応図であり、第１Ｂ図に
信号処理波形を示す。

まず本発明は、既に提案している特開昭６ＬＩＨ９４１
号と同様に、振動伝達手段３を介して非測定物１２に超
音波振動を伝えて励振するパルス電圧発生手段１と超音
波発信子２で成る超音波励振手段と、非測定物１２の振
動を振動伝達手段３を介して検出して電気信号に変換す
る超音波探触子４を用いた振動検出手段とを備える。

そして、振動検出手段から得られた信号から動揺度を求
めるため本発明にあっては、振動検出手段４から得られ
た信号の内の非測定物１２の共振周波数を含む所定の周
波数帯域の信号成分を抽出して増幅する増幅器５及びバ
ンドパスフィルタ６で成る帯域増幅手段と、該帯域増幅
手段で増幅された信号を平滑する平滑手段７と、平滑手
段７により平滑された信号をデジタル信号に変換するＡ
／Ｄ変換手段８と、Ａ／Ｄ変換手段８を所定の経過時間
毎に複数回作動させる制御手段１０と、Ａ／Ｄ変換手段
８で得られた複数のデジタル信号の平均値を求め、該平
均値に基づいて動揺度を算出して表示手段１１に表示さ
せるデータ処理手段９とを設けるようにしたものである
。

［作用］ このような構成を備えた本発明の動揺度測定装置は次の
作用を有する。

まずパルス電圧発生手段１で発生させたパルス状電気信
号による超音波発信子２の励振で被測定物１２の共振振
動数を含む超音波振動を発生し、振動伝達手段３を介し
て人工歯根等の非測定物１２を共振させる。この時の非
測定物１２の振動は超音波探触子４で電気信号に変換さ
れて検出される。超音波探触子４からの検出信号は増幅
器５で増幅され、バンドパスフィルタ６で非測定物１２
の共振周波数を含む所定の周波数帯域の信号成分だけを
取り出す。バンドパスフィルタ６の帯域は非測定物の状
態等により決定される。

バンドパスフィルタ７を通過した信号は、例えば第１Ｂ
図（ａ）に示す減衰振動波形となる。

次に第１Ｂ図（ａ）のように減衰する振動の大きさを代
表的な数値で示すために、平滑化回路７により減衰振動
の包絡線を第１Ｂ図（ｂ）のように求め、制御手段１０
の制御を受けてＡ／Ｄ変換手段８により所定の経過時間
毎に複数回作動させて減衰包絡線信号を計測する。そし
てＡ／Ｄ変換手段８から得られた複数の計測データの平
均値をデータ処理手段９で求め、この平均値そのもの又
は平均値に所定の計数を掛は合せた値を動揺度の測定値
として表示手段１１に表示する。

このような動揺度の測定により、衝撃を加えた直後の被
測定物１２の振動振幅が同じであってもも、固定状態が
よいと振動振幅は速やかに減衰し、従って小さい値の動
揺値が測定され、一方、固定状態が悪い場合には振動の
減衰が遅いために大きい値の動揺値が測定され、測定数
値として得られる動揺度の値から非測定ものの固定状態
を適切且つ客観的に評価することができる。

実際の測定においては、超音波探触子４を測定者が手で
持つために、手振れ等により誤った測定が成される心配
がある。そこで、パルス電圧発生手段１による超音波振
動の励起からデータ処理手段９による平均値の算出まで
の一連の測定処理を複数回行ない、その平均値を求める
必要がある。

この測定繰り返しは、回数は多く、安定して超音波探触
子４を持っていられる時間内である事が望ましい。

そして複数回の測定で得られた動揺度の平均値をデータ
処理手段９で求めて最終的な測定値を決定し、表示手段
１１に表示する。ここで、最終的な測定値を分かりやす
い値にするために、一定の数を掛は合せるなどの処理を
データ処理手段１１で行なっても良い。また、複数回の
測定値のバラ付が大きい場合に、手振れ等の影響が排除
できなかったと判断したり、判断結果を表示したりして
もよい。

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発
明はこれに限定されるわけではない。

［実施例］ 第２図は本発明の一実施例を示したブロック図である。

第１図において、１はパルス電圧発生器であり、ＣＰＵ
１５によるタイミング制御を受けて第３図（ａ）に示す
ようにパルス幅１０μｓｅｃ　、振幅２〜ＩＯＶの矩形
状パルス電圧をｌ　ｍ５ｅｃごとに繰り返し発生させる
。

パルス電圧発生器１からのパルス電圧は超音波振動発信
子２で超音波振動に変換され、振動伝達部材３を介して
非測定物として人口歯根１２に共振振動を励起させる。

超音波振動発信子２は、例えば直径３ｍｍの圧電素子に
、直径１ｍｍ、長さ約３０ｍｍのステンレス製の棒を接
着したものを使用する。

人工歯根１２に励起した振動は超音波探触子４により電
気信号に変換される。超音波探触子４としては超音波振
動発信子２と同じ直径３ｍｍの圧電素子に、直径１ｍｍ
、長さ約３０ｍｍのステンレス棒を接着したものを使用
する。

超音波探触子４で変換された電気信号は微弱であるので
、増幅器５で例えば１０００倍に増幅する。増幅器５の
増幅信号は１０ＫＨｚ〜２０ＫＨ２の周波数成分のみを
通過させる例えば５次バタワース型のバンドパスフィル
タ６に通す。このバンドパスフィルタ６の通過信号は第
３図（ｂ）に示す減衰振動波形となる。

尚、バンドパスフィルタ６としてはバタワース型以外に
チエビシエフ型、連立チエビシエフ型等の適宜のものが
使用できる。

バンドパスフィルタ６の出力信号は平滑回路７に与えら
れ、平滑回路７の出力は第３図（Ｃ）に示す減衰振動波
形の包絡線を示す信号波形となる。

平滑回路７から出力される包絡線の信号電圧は、この実
施例にあってはＣＰＵ１５で実現される制御手段１０か
らの制御信号により電圧発生後の０゜１　ｍ５ｅｃ、　
Ｑ、３ｍ５ｅｃ、　０．５ｍ５ｅｃ後の３回につきＡ／
Ｄコンバータ８を作動してデジタル信号に変換して計測
し、最終的にＣＰＵ１５で実現されるデータ処理手段９
の機能により３つのデジタル信号の平均値を動揺度とし
て算出する。

以上の測定をＣＰＵ１５の制御手段１０による制御のも
とに例えば６４０回繰り返し、６４０個得６れる測定値
の平均をデータ処理手段９で求め、測定平均値に例えば
係数５０を掛は合せた値を最終的な動揺度の測定値とし
、液晶パネルを用いた表示器１１に数値表示する。ここ
で６４０回の測０ 定平均値に掛は合せる係数５０は、最も固定状態が悪い
モデルを測定した時に動揺度が１００となるように決定
している。

第４図は本発明の測定処理を示した動作フロー図である
。

まず測定を開始するとステップＳ１（以下ステップは省
略する）で測定周期１　ｍ５ｅｃに達したか否か判定し
、１　ｍ５ｅｃの測定周期に達すると８２に進んで超音
波送信動作を行い、Ｓ３で振動印加から経過時間０．　
１ｍ５ｅｃを監視する。Ｏ，１ｍ５ｅｃが経過すると８
４に進んで受信データの取込み、即ちＡ／Ｄコンバータ
８の作動により平滑回路７から得られた減衰振動の包絡
線電圧を取り込む。続いてＳ５で経過時間０　、　３　
ｍ５ｅｃを判別してＳ６で同様に受信データを取り込み
、更にＳ７で経過時間０　、　５　ｍ５ｅｃを判別して
Ｓ８で受信データを取込み、３つの受信データを得る。

そしてＳ８で３つの受信データの平均値を計算してメモ
リに格納し、Ｓ８で測定回数ＮがＮ＝６４０回に達した
か否か判定し、６４０回未満であればＳ１０でＮ＝Ｎ＋
１１ とインクリメントし、再びＳｌに戻ってｌ　ｍ５ｅｃ毎
の測定動作を繰り返す。

測定回数が６４０回に達するとＳｌｌに進み、６４０個
の測定平均値の総和を６４０で割って平均値を計算し、
Ｓ１２で係数５０を掛は合せて動揺度を求め、最終的に
Ｓｌｌで表示器に数値表示して一連の処理を終る。

尚、上記の実施例は測定された動揺度の値を表示器１１
に視覚的に表示しているが、これに限定さず、例えば聴
覚的な報知手段や記録装置に記録するもの、更にはこれ
らの複合したものでも良い。

また、ＣＰＵ１５で実現される制御部１０については、
測定結果の処理の制御だけではなく、測定結果から最適
な発信超音波を推定し、パルス電圧発生器１を制御する
ことも可能である。

次に本発明の動揺度測定の臨床例にコン人工歯根Ｓｏ）
について説明する。

歯根埋植後３〜４ケ月後に本発明により動揺度を調べた
ところ、動揺度が３０以上の例の中に脱落例があった。

また、歯根埋植時に動揺度が４０２ 程度と大きかったので、その歯根を除去し別の歯根を埋
植し、動揺度２０以下を得た例があるが、その後の経過
は順調である。

次に、模型実験例について述べる。模型上で人工歯根の
固定状態を微妙に変化させたところ、測定値が固定状態
に応じて変化し、固定が悪くなるにつれ動揺度の表示が
増加することが判った。

臨床試験や実験を繰り返した所、表示される動揺度と固
定成功との間には確かな対応関係の存在することが判っ
た。

更に本発明による動揺度の測定対象は、人口歯根に限定
されるわけではない。

例えば２種類のステンレス製ネジ（ネジＡ：直径５ｍｍ
　　長さ３０ｍｍ　　質量７ｇ、ネジＢ：直径３ｍｍ　
　長さ６．　５ｍｍ　　質量０．６ｇ）を、質量的１ｋ
ｇの機器のネジ穴に締めたところ、ネジＡではしまって
いる状態で動揺度２、緩んでいる状態で動揺度が５、ネ
ジＢではしまっている状態で動揺度２０、緩んでいる状
態で動揺度が５０と、ネジの締め付は方により、動揺度
に有意な差３ が測定された。

このような臨床例及び模型実験から明らかなように、本
発明により測定された動揺度の値は、物の固定状態を適
切且つ客観的に表した物理量の値として捕えられること
が裏付けられている。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明により初めて人口歯根等の固
定状態を動揺度という数値として測定することができ、
物の固定状態を簡単且つ精度良く判定評価できることが
可能となった。

【図面の簡単な説明】 第１Ａ図は本発明のクレーム対応図； 第１Ｂ図は本発明の作用を示した信号波形図；第２図は
本発明の実施例構成図； 第３図は本発明の動作タイミングチャート；第４図は本
発明の測定処理を示した動作フロー図である。 ［主要部分の符号の説明］ １：パルス電圧発生手段（発生器） ４ ２：超音波振動発信子 ３：振動伝達手段（部材） ４：振動検出手段（超音波探触子） ５：増幅器 ６：バンドパスフィルタ ７：平滑手段）回路） ８：Ａ／Ｄ変換手段（Ａ／Ｄコンバータ）９：データ処
理手段 １０：制御手段 」１：表示手段（表示器） １２：非測定物（人口歯根） １５：ＣＰＵ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）振動伝達手段を介して非測定物を衝撃を伝えて振
   動を励起させる超音波励振手段と； 前記非測定物の振動を前記振動伝達手段を介して検出し
   て電気信号に変換する振動検出手段と；該振動検出手段
   から得られた信号の内の前記非測定物の共振周波数を含
   む所定の周波数帯域の信号成分を抽出して増幅する帯域
   増幅手段と；該帯域増幅手段で増幅された信号を平滑す
   る平滑手段と； 該平滑手段により平滑された信号をデジタル信号に変換
   するＡ／Ｄ変換手段と； 該Ａ／Ｄ変換手段を所定の経過時間毎に複数回作動させ
   る制御手段と； 前記Ａ／Ｄ変換手段で得られた複数のデジタルデータの
   平均値を求め、該平均値に基づいて動揺度を算出するデ
   ータ処理手段と； を備えたことを特徴とする動揺度測定装置。