JPH05337140A - 動揺度測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 人工歯根に接触させて振動を伝え、人工歯根
からの振動を検出するためのプローブを１本にすること
により操作性を向上させ、また人工歯根の振動のうちの
特定周波数帯域を的確に抽出す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】 被測定物（人工歯根）１５にプローブ１４を
介して超音波振動子１３が接触される。超音波振動子１
３には、パルス電圧発生器１２からのパルス電圧が供給
されており、パルス電圧に応じて振動する超音波振動子
１３の振動は被測定物１５に伝達される。超音波振動子
１３は被測定物１５の振動成分をも検出し、この振動成
分に応じた電気信号が増幅器１６、Ａ／Ｄ変換器１７を
介してデータ処理手段としてのデータ処理部１８に供給
される。データ処理部１８は、超音波振動子１３から供
給される電気信号の時間軸−周波数軸変換を行い、被測
定物１５の動揺度を検出する。

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、人工歯根と
骨との間の動揺度を測定し、これを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。

【０００３】この測定原理は、超音波振動素子を介した
パルス波により、人工歯根に微小振動をあたえ、人工歯
根がどのような振動をするかを調べるものである。例え
ば、人工歯根に微小振動を与えた時の応答波形のうちの
特定の周波数成分と、人工歯根の動揺とに相関関係があ
ることを利用して、この特定周波数成分をフィルタにて
抽出して、この周波数成分の特性を１乃至１００の数値
として表示する。

【０００４】このような従来の人工歯根動揺度測定装置
は、特開昭６０−１９０９４１号にもその概要が記載さ
れている。

【０００５】図４は、かかる人工歯根動揺度測定装置の
一例の構成を示すブロック図である。図において、パル
ス電圧発生器１は超音波発振子２にパルス状電気信号を
供給し、超音波発振子２は被測定物（即ち人工歯根）１
１の共振振動数を含む超音波帯域にて振動する。超音波
発振子２の振動は、プローブ３を介して被測定物１１を
振動させる。このときの被測定物１１の振動はまた、プ
ローブ３を介して超音波探触子４に伝達され、そこで電
気信号に変換される。超音波探触子４からの出力である
検出信号は、増幅器５にて増幅され、バンドパスフィル
タ（ＢＰＦ）６にて被測定物１１の共振周波数を含む特
定周波数領域のみが抽出される。ＢＰＦ６を通過した信
号は、平滑回路７により平滑された後、Ａ／Ｄ変換器８
にてデジタル信号に変換され、ＣＰＵ９に与えられる。
ＣＰＵ９は、超音波探触子４から得られる検出信号の共
振現象の有無を検出して、動揺度を得る測定を適当な回
数実行し、表示部１０に動揺度を数値表示する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の人工歯
根動揺度測定装置においては、測定者が加振用及び検出
用の２本のプローブ３を、人工歯根の表面に垂直かつ定
加重にて所定時間（例えば１秒間）接触保持させなけれ
ばならない。しかしながら口腔内は暗く、狭いことはも
ちろんのこと、人工歯根は、その径が約４mm乃至７mmと
小さく、かつ滑りやすいため、かかる測定作業を正確に
行なうことは非常に困難である。

【０００７】また測定に有用な周波数成分と、そうでな
い周波数成分とが非常に接近しているため、ＢＰＦ６に
より抽出すべき周波数帯域を厳密に設定しなければなら
ないが、ＢＰＦ６をアナログフィルタにて構成する場合
には、その調整が極めて困難であると共に、経時変化に
よって周波数特性も変化してしまう。

【０００８】本発明はかかる従来の課題を克服するため
になされたものであり、被測定物に接触させて振動を伝
え、被測定物からの振動を検出するためのプローブを１
本にすることにより操作性を向上させ、また被測定物の
振動のうちの特定周波数帯域を的確に抽出することので
きる動揺度測定装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の動揺度測定装置
は、被測定物（人工歯根）１５に対し超音波励振による
衝撃を与えるとともに、被測定物１５の振動を検出し、
電気信号に変換する変換手段としての超音波振動子１３
と、超音波振動子１３より出力された信号の時間軸を周
波数軸に変換するデータ処理手段としてのデータ処理部
１８とを備えたことを特徴とする。

【００１０】

【作用】上記構成の動揺度測定装置においては、被測定
物（人工歯根）１５にプローブ１４を介して超音波振動
子１３が接触される。超音波振動子１３には、パルス電
圧発生器１２からのパルス電圧が供給されており、パル
ス電圧に応じて振動する超音波振動子１３の振動は被測
定物１５に伝達される。超音波振動子１３は被測定物１
５の振動成分を検出して電気信号に交換するので、この
振動成分に応じた電気信号がデータ処理部１８に供給さ
れる。データ処理部１８は、超音波振動子１３から供給
される電気信号の時間軸を周波数軸に変換し、被測定物
１５の動揺度を検出する。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の人工歯根動揺度測定装置の実
施例を図面を参照して説明する。図１は、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
であり、例えば人工歯根よりなる被測定物１５にはプロ
ーブ１４を介して超音波振動子１３が接触されており、
超音波振動子１３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。超音波振動子１３が被
測定物１５を加振すると、被測定物１５はこれに応じて
振動するが、被測定物１５の振動は同時に超音波振動子
１３にフィードバックされる。超音波振動子１３は、フ
ィードバックされた被測定物１５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。

【００１２】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）手段を備えており、デジタル化された検
出信号はデータ処理部１８において、時間軸から周波数
軸へ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、被測定物１５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被測定物１５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１
９に表示する。データ処理部１８による動揺度の測定は
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。

【００１３】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、超音波振動子１３の被測定物１５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
ミング制御したりする。

【００１４】以上の構成によれば、超音波振動子１３を
被測定物１５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本のプローブ１４のみを被
測定物１５、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本のプローブを接触させる場合と
比較して操作性が向上する。

【００１５】図２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１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３は、
図２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。

【００１６】図２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３（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、超音波振動子１３
により機械的振動に変換され、プローブ１４を介して被
測定物１５を励振させる。超音波振動子１３は、例えば
直径３mmの圧電素子に直径３mm、長さ１０mmのステンレ
ス棒のプローブ１４を接着したものを使用する。

【００１７】被測定物１５に発生した振動は、同時に超
音波振動子１３で電気信号に変換される。ここで変換さ
れた振動は、超音波振動子１３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、ＣＰＵ２１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超
音波振動子１３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３（ｂ））は微弱であるた
め、増幅器１６で例えば１０００倍に増幅される。

【００１８】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３（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。

【００１９】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に入力され、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。

【００２０】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３（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、超音波振動素子１３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ＥＥＰＲＯＭ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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】

【発明の効果】以上のように本発明の動揺度測定装置に
よれば、変換手段を被測定物の加振用、及び検出用に兼
用し、被測定物の振動に応じた検出信号の時間軸を周波
数軸に変換するようにしたので、従来２つのプローブを
被測定物に接触させる必要があったのに対して、１つの
プローブを接触させるだけでよく、操作性が向上する。
また時間軸上の変化を検出するので、所定の周波数帯域
の信号成分を分離することが容易となり、そのための構
成も簡単となり、コスト低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の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２】本発明の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３】図２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４】従来の人工歯根動揺度測定装置の一例の構成を
示すブロック図である。

【符号の説明】 １２ パルス電圧発生器 １３ 超音波振動子（変換手段） １４ プローブ １５ 被測定物 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 (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定物に対し超音波励振による衝撃を
   与えるとともに、前記被測定物の振動を検出し、電気信
   号に変換する変換手段と、 前記変換手段より出力された信号の時間軸を周波数軸に
   変換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。