Mounting compliance monitor of headgear for orthodontic |
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申请号 | JP51368197 | 申请日 | 1996-09-27 | 公开(公告)号 | JP3080408B2 | 公开(公告)日 | 2000-08-28 |
申请人 | ユニバーシティ・オブ・ワシントン; | 发明人 | ソマ,マニ; バーレット,ジョージ・エイ; プラル,クリス; ラムゼイ,ダグラス・エス; | ||||
摘要 | |||||||
权利要求 | 【請求項1】線形のばね力を付与する型式の歯科矯正用ヘッドギアの装着遵守モニターにおいて、 直線状に動いて相互に分離するとき、ばね張力を提供し得るように相互に接続された第一及び第二の対向した取り付け部材を有する線形のばね力モジュールと、 該取り付け部材間の線形動作を検出し得るように前記モジュール内に配置された位置センサと、 該位置センサから信号を受け取り且つ所定の期間に亘る該動作が人間の動きの結果であるとする程十分に変化するものであるかどうかを判断するプロセッサ手段と、 該プロセッサ手段により為された判断事項を記録する記憶手段と、を含む装着遵守モニター。 【請求項2】請求項1に記載の装着遵守モニターにおいて、 プロセッサにより為された記録した判断事項を表示する視覚的表示器を更に備える、装着遵守モニター。 【請求項3】請求項2に記載の装着遵守モニターにおいて、 前記記憶手段が、前記プロセッサ手段によってなされた判断の累積記録をも提供する、装着遵守モニター。 【請求項4】請求項1に記載の装着遵守モニターにおいて、 前記位置センサが、前記取り付け部材の一方と共に動き得るように取り付けられた磁石と、該磁石の線形動作を検出し得るような位置に配置されたホール効果センサとを備える、装着遵守モニター。 【請求項5】請求項4に記載の装着遵守モニターにおいて、 前記磁石の動作及び位置を明確に検出するために前記磁石の経路に沿ったばね力モジュール上に配置された複数のホール効果センサを備える、装着遵守モニター。 【請求項6】請求項1に記載の装着遵守モニターにおいて、 線形動作の量を計り且つ前記取り付け部材間の相対位置を検出し得る位置に配置された複数の線形位置センサを備える、装着遵守モニター。 【請求項7】請求項1に記載の装着遵守モニターにおいて、 前記位置センサが、前記第一及び第二の対向した取り付け部材間に付与されたばね張力の定量的測定値を提供する、装着遵守モニター。 【請求項8】請求項7に記載の装着遵守モニターにおいて、 前記第一及び第二の取り付け部材の一方と共に動き得るように取り付けられた磁石を更に備え、前記線形位置センサが、前記取り付け部材間の線形動作を明確に検出し且つ定量化する複数のホール効果センサを備える、装着遵守モニター。 【請求項9】請求項1に記載の装着遵守モニターにおいて、 前記記憶手段からの前記記録した判断事項を外部装置に伝達する手段を更に備える、装着遵守モニター。 【請求項10】請求項9に記載の装着遵守モニターにおいて、 前記伝達手段が光学的インターフェースを有する、装着遵守モニター。 【請求項11】請求項9に記載の装着遵守モニターにおいて、 外部装置からのプログラム化情報を前記プロセッサ手段に伝達する手段を更に備える、装着遵守モニター。 【請求項12】歯科矯正用ヘッドギアの装着遵守状態を測定し且つその装着遵守を動機付ける方法において、 線形ばね力適用モジュールを提供することと、 該ばね力モジュール内の線形動作を検出する位置センサを提供することと、 前記センサから受け取った信号を処理し且つ該動作がその性質上生物学的なものであるとするのに十分な程変化し易いものであるかどうかを判断し且つかかる信号を使用中モードを示しているとして記録することと、 前記使用中モードにある累積時間を測定することにより、ヘッドギアの装着遵守の程度を評価するため、ある時間に亙って多数の判断事項を記録することとを含む、 方法。 【請求項13】請求項12に記載の方法において、 前記プロセッサにより為された記録した判断事項を視覚的に表示するステップを更に含む、方法。 【請求項14】請求項13に記載の方法において、装着遵守の累計的な記録が記録される、方法。 【請求項15】請求項12に記載の方法において、 前記位置センサが、前記取り付け部材の一方と共に動き得るように取り付けられた磁石と、該磁石の線形動作を検出し得る位置に配置されたホール効果センサとを有する、方法。 【請求項16】請求項15に記載の方法において、 前記磁石の動作及び位置が複数のホール効果センサにより明確に検出される、方法。 【請求項17】請求項12に記載の方法において、複数の位置センサが、前記ばね力モジュールの線形動作及び位置を検出し得る位置に配置される、方法。 【請求項18】請求項12に記載の方法において、 ばね力の定量的測定値を提供するステップを更に含む、 方法。 【請求項19】請求項12に記載の方法において、記憶手段からの前記記録した判断事項を外部の装置に伝達するステップを更に含む、方法。 【請求項20】請求項19に記載の方法において、前記伝達が光学的インターフェースにより為される、方法。 |
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说明书全文 | 【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、若年者の歯科矯正者が一般的な脱着可能な歯科矯正用装置である歯科矯正用ヘッドギアを装着すべしとする指導を遵守する程度を測定し且つ向上させる電子装置に関する。 更に、この装置は、ヘッドギアを使用する間に、臨床時に且つ科学的に重要な情報である付与された力の持続時間及びその大きさも測定する。 関連する出願 本出願は、最初に、1995年9月27日付けで「歯科矯正用ヘッドギアの装着遵守モニター(Orthodontics Head 背景 米国では、約8,856人の歯科矯正専門医がおり、また、歯科矯正を行う把握し得ない数の歯科医がいる。 アメリカ歯科矯正医団体(the American Association 広義において、歯科矯正治療の目的は、患者に対して、歯列を正しくし、機能し得る咬合とし、また、顔の外観を最適なものにすることである。 米国の子供の5乃至20%に角度等級IIの咬合せ不良が見られる。 この一般的な状態は、男女双方に生じ、社会経済的地位に関係せず、また、自然に矯正されることは稀れである。 この型式の咬合せ不良は、上顎骨と下顎骨との位置の不一致として生ずる前後空隙面が原因であると診断される。 具体的には、下顎骨が上顎骨に対して理想的な位置よりも後方の位置にある。 この咬合せ不良の患者(類I、角度等級II)は、典型的には、前傾又は突出した上側門歯、後退した下顎、及び過度の上歯突出を有する者として記載されている。 軽症の等級IIの患者を除く全ての患者において、下側骨格の不調和が存在するが、少なくともその原因の一つは、歯の間の空間的な関係が異常であることである。 その結果、この咬合せ不良の一般的な治療は、顎同士の間における相対的な成長パターンを変更し、これにより、 歯科矯正治療法は、歯同士及び/又は歯と顎骨との間における空間的関係の不良を矯正するため、歯及び骨に力を付与すべく脱着可能な器具を使用することに頼ることが多い。 こうした装置の脱着可能な性質のため、患者(一般に、成長中の子供)は歯科矯正医から装置を着用する旨の指導に従わなければならない。 不都合なことに、脱着可能な歯科矯正装置を着用するという指導を十分に守らないことは、例外的なことではなく、通常のことである。 また、この一般的な問題は、薬剤治療(例えば、処方通りに薬を飲むこと)の場合にもみられる。 ヘッドギア装置は、19世紀以降、使用されている。 この装置は、脱着型の歯科矯正用装置であり、患者は一般的に、1日12−14時間、この装置を装着するように指導される。 ヘッドギアは、口内に入り、上顎の第一臼歯によって上顎骨に取り付けられる内側の金属製の顔弓から成っている。 2つのアームがこの内側顔弓から口の外側まで伸長し、次に、頬の外側に沿って後方に曲がって、 1974年、ノースカット(Northcutt)は、アレダイン・コーポレーション(Aledyne Corporation)が開発し且つ販売する装置である、最初のタイミングヘッドギアを発表した。 この装置は、ノースカットは、実例を基に、このタイミングヘッドギアを導入した後、その患者は1週間当たり平均約35−50時間から1週間当たり平均 アレダイン型式のヘッドギアタイマーには、幾つかの欠点があり、その結果、このヘッドギアタイマーは、現在、製造されていない。 その最悪の欠点は、生体外での信頼性試験において、14個のタイマーの内、70%以上、 発明の概要 本発明は、線形ばね力モジュールを備える型式の歯科矯正用ヘッドギアの装着指導を遵守しているかどうかを監視するモニターを提供するものである。 該力モジュールは、直線方向に動かして分離させたときに、ばね張力を提供し得るように相互に接続された対向する第一及び第二の取り付け部材を備えている。 取り付け部材間の直線方向への動作を検出するため、位置センサが力モジュールに設けられている。 また、バッテリー作動式のマイクロプロセッサのようなプロセッサ手段が搭載されており、位置センサから信号を受け取り、その検出された動きが生物学的な出所によるものとするのに十分な程変わりやすいものであるか否かを判断する。 非揮発性EEPROM 好適な形態において、視覚的なディスプレイがその記録された判断を表示し、遵守程度の集合的な記録を提供する。 また、好適な形態において、位置センサは、取り付け部材の一方と共に動き得るように取り付けられた磁石と、該磁石の直線状の動作を検出する位置に配置された少なくとも1つのホール効果センサとを有している。 本発明の別の特徴によれば、赤外線LED/フォトトランジスタのような光学的インターフェイスを使用して、記録されたデータをダウンロードし且つプログラミング命令をアップロードすることができる。 また、本発明は、歯科矯正用ヘッドギアを装着する指導を遵守する程度を測定し且つその装着を動機付ける方法も含む。 線形ばね力モジュール及びモジュール内の直線状の動作を検出する位置センサが提供される。 センサからの信号を受け取り、その検出された動きが生物学的な出所によるものとするのに十分な程変わりやすいものであるかどうかを判断し得るように処理される。 ヘッドギアの装着遵守の程度を評価するため多数の判断が時間に亙って記録される。 集合的な記録内で記憶された判断を視覚的に表示することにより、ユーザは刺激されて、更にその指導を遵守するようになる。 更に、付与されたばね張力の定量的測定値を治療効果の評価に使用することができる。 本発明は、指導の遵守程度を測定することと、患者の遵守程度を顕著に増大させることとの双方を目的とするものである。 この装置は、既存の歯科矯正用の脱着装置内に内蔵し、また患者の遵守程度を正確に記録し得るよう十分に小型化することができる。 顕著な有利な点は、 可能性のある市場が大であるため、歯科矯正的な指導を遵守する程度を評価するための装置を開発すべく従来商業的な試みが為されていた。 当該出願人が設計した装置は、従来の装置の問題点を解決するもである。 更に、 図面の簡単な説明 幾つかの図面の全体を通じて同様の部品は同様の参照番号を使用して表示されている。 図面において、 図1は、本発明に従って、現在使用される監視装置が内蔵された一対の安全−解放機構を採用する、歯科矯正用ヘッドギアを装着する状態を示す図解図である。 図2 図3は、図2の頂側部から見た図である。 図4は、図2の略線4−4に沿った断面図である。 図5は、本発明を具体化するヘッドギアに使用される安全−解放機構の一つの代替的な好適な構造の詳細を示す、拡大部分側面図である。 図6は、図5の頂側部から見た図である。 図7は、本発明の電気回路の概略図である。 図8は、ばねが弛緩した位置にあるときの、センサの構成要素の過度に弛緩した位置を示す、取り付けストラップ(帯ひも)の側面図である。 図9は、本発明の構成要素の相対的な配置を示す、概略図的な側面図である。 図10は、グラム単位の付与されたばね力と比較した、 発明を実施する最良の形態 簡単に説明すれば、当該装置10は、患者、親、歯科矯正医に指導の遵守程度に関するフィードバック信号を提供し得るように液晶表示器(LCD)14を備える、低エネルギ消費のバッテリ作動式のマイクロプロセッサを使用する。 このマイクロプロセッサは、装着を測定するため、2つの型式の磁気検出器16、18、19と、患者の誤魔化しを防止するため、ソフトウェアルーチンとを使用する。 ヘッドギアが使用されたことは、EEPROM(電気的消去書き込み可能な読み出し専用メモリ)20内に記憶される。 市販のパーソナルコンピュータ(例えば、IBM及びマッキントッシュ)を使用して、データをダウンロードし、表又はグラフでディスプレイし且つ治療記録を得ることができる。 特に、図1を参照すると、歯科矯正用ヘッドギア24が患者の頭に使用するように適正に配置された状態で図示されている。 該ヘッドギア24は、患者の顔の両側部に沿って伸長する外端を有する従来の顔弓26と、従来の可撓性で且つ非弾性的な首ストラップ(帯ひも)28とを備えている。 従来の方法にて顔弓26に後方へのばね張力を付与する、同一の2つの安全−解放張力付与機構が全体として、参照番号22で表示されている。 同様に、図2乃至図4を参照すると、安全−解放機構は、首ストラップ28に取り付けられた、開放端のスナップリング30を備えており、該スナップリング30は、力付与モジュール22の溝34に係合する一対の自由端部分32を有している。 顔弓26が着用者の顔から前方に引っ張られたとき、安全解放機構を通して伝達された張力の程度は、その安全解放機構が伝達可能な最大の張力レベルに達し、この状態となったとき、その機構の一方、又はその双方は、顔弓26と首ストラップ28との間の接続を解放し、このため、何等、顕著な影響が生ずることはない。 図5及び図6には、この装置10′の一つの代替的な実施の形態が図示されている。 この実施の形態10′は、上述したものと略同一の機能を果たすが、装置10′の全体寸法を増すことなく、電子構成要素を収容するためのより有用な内部空隙を提供する。 全体寸法が小さく、溝34 ばね張力は、力モジュール22、22′内にて内部ばね36 幾つかの着想からこの技術を開発することが可能となった。 その第一は、「力−モジュール」22内に完全に発生され、その後に、静止した金属製の顔弓26により上顎に伝達される力がヘッドギアによる治療効果のある力成分であることを認識したことである。 この力が発生される過程の幾つかを測定することは、ヘッドギアを使用すること(即ち、指導を遵守すること)を評価する理想的な方法であろう。 第二に、この測定が「力モジュール」 典型的な歯科矯正用の力モジュール22を観察すれば、 最後に、ヘッドギアモニター用の当該新規な設計における最後の重要なファクタは、力モジュール22、22′内でのばねの圧縮程度を検出し得ることである。 ばね36の後側は、圧縮中、力モジュールの前面側により近接した位置となるようにされる。 患者は、力モジュール22、2 強力な磁石44がストッパ38に取り付けられている。 力モジュール22の外側部分に空間的に固定したホールセンサ18、19は、磁石44が力モジュール22内を動くときの磁力の相対的な変化を明確に測定することができる。 ホールセンサは、磁界の強度の変化を測定する。 このように、ホールセンサ18、19は、ストッパ38の位置従ってばねの圧縮値に直接関係した磁界の強度のアナログ測定値を提供する。 また、小型の磁性リードスイッチ16を採用し、ヘッドギアを最初に装着したとき、磁石44の位置を最初に検出し、これにより、より多くの電力を消費することになる磁石の位置を追跡するためにホールセンサ18 テキサス・インスツルメンツ(Texas Instruments) TSS400−S3センサの信号プロセッサ12は、時間維持機能と、12ビットの多チャンネルアナログ−デジタル変換部と、液晶表示器ドライバと、6桁出力部と、4ビットの入力ポートとを備え、容易にプログラム可能である。 4桁の液晶表示器14は、マイクロプロセッサ12により直接駆動することができ、また、1日当たりの平均装着時間、及び最後にリセットした後、装着した合計時間を交互に表示することができる。 水からの保護及びいたずら防止のため全ての電子機器を密封することができる。 市販の3ボルトのリチウム電池電源48は、上述した電子機器を通常使用するのに十分な電力を供給する。 マイクロプロセッサは、リチウム電池電力に対して最適化され、作動モードにて、80マイクロオーム、睡眠モードにて4マイクロアンペアしか消費しない。 記憶装置は非揮発性であり、停電によってその記憶が失われることはない。 赤外線LED46及びフォトトランジスタ47を力モジュール22、22′内に組み込むことにより、モジュールとオフィスコンピュータとの間を外部の直列インターフェースを介して双方向に連絡させることができる。 このように、ヘッドギアの使用データは、容易にダウンロードし、データログの消去、ソフトウェアプロトコルの変更を含むプログラムミングを赤外線アップロード機能部を使用して行うことができる。 タイミングは、典型的な水晶クロック装置50により制御することができる。 電子回路の全体は図7に概略図で図示されている。 磁石44は、ホールセンサ18の感度を最適なものにし得るような形状とし且つ方向決めすることが好ましい。 図8に概略図で図示するように、弛緩位置から作用可能なばね位置まで動くとき、磁石は、領域52の上方に亙って動き、これにより、該磁石は、最初に、リードスイッチ 図9には、力モジュール22内の構成要素の好適な配置が概略図で図示されている。 この特定の配置は、本発明にとってそれ程重要ではないが、力モジュール22、22′ 所望であるならば、本発明は、ヘッドギア24が使用された時間に対してのみならず特定の時間内に付与された力を定量化するためにも、データを補正し得るように、 図10を参照すると、直線状に隔たったホールセンサ1 プロセッサ12は、この解決策をホールセンサの使用に一般に関連する技術的難点に適用している。 プロセッサの高インピーダンスの12ビットアナログ−デジタル(A/ 上述したように、本発明のヘッドギアモニターは実際の装着の遵守と誤魔化そうとした行為とを識別できることが重要である。 この識別は、ヘッドギアの使用を誤魔化す(即ち、騙そうとする)試みを識別しつつ、ヘッドギアの装着時間を記録し得る設計とされた適当なソフトウェアを利用してプロセッサ12により判断することができる。 また、このソフトウェアは、エネルギの使用を最適にし、電池の寿命を引き延ばすものでなければならない。 このプロセッサは、ヘッドギアが頭に装着されると、 このプログラムは、所定の時間間隔で、プロセッサを停止させ且つばね位置(即ち、装着時間の有効性)を繰り返し評価するためプロセッサを再作動させることができる。 より正確な装着時間の測定は不要であるかもしれないので、サンプリングは、数分毎に行うならば十分である。 このことは、また、エネルギの使用を最適にし、 動作を検出するためにホールセンサ及び磁石を使用することは好適な方法であるが、種々の同等の代替的な選択が採用可能である。 例えば、機械的又はその他の手段の何れかにより可変抵抗を発生させ且つ測定する装置を使用することができる。 また、光学的にコード化した位置センサ又は流体圧力センサに置き換えてもよい。 その他の可能なセンサとしては、超音波素子、磁気−抵抗センサとし、又は、圧縮可能な可変の力変換器として作用することのできる材料が含まれる。 十分に小型化することのできる、ばねの位置及び/又は圧縮を検出する任意の手段は、同等の機能を果たすことができる。 その精神及び範囲から逸脱せずに、本発明をその他の多くの変形例及び改変例に具体化することができる。 発明の保護は、本明細書に開示した好適な実施の形態にのみ限定されるものではなく、均等の理論及び部品の逆配置を含む、請求の範囲の許容された解釈理論に従って解釈される、次の請求の範囲により判断されるべきである。 ───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ソマ,マニ アメリカ合衆国ワシントン州98103,シ アトル,ノース・エイティファースト・ ストリート 1134 (72)発明者 プラル,クリス アメリカ合衆国ワシントン州98103,シ アトル,ノース・エイティファースト・ ストリート 101 (72)発明者 バーレット,ジョージ・エイ アメリカ合衆国ワシントン州98115,シ アトル,ノースイースト・セブンティセ ブンス 3801,ナンバー 205 (56)参考文献 特開 昭49−77488(JP,A) 特公 昭56−32931(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl. 7 ,DB名) A61C 7/00 G04F 10/00 |