Mounting compliance monitor of headgear for orthodontic

【発明の詳細な説明】 歯科矯正用ヘッドギアの装着遵守モニター技術分野 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 Ｈｅａｄｇｅａｒ Ｃｏｍｐｌｉ ａｎｃｅ Ｍｏｎｉｔｏｒ）」という名称の米国特許仮出願第６０／００４，３ ８２号として出願された。 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 Ａｍｅｒｉｃ ａｎ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｏｆ Ｏｒｔｈｏｄｏｎｔｉｓｔｓ（米国の歯科矯正医の９０％以上がＡＡＯの構成員である））の構成員を調査した結果、１ ９９２年に、１，３５８，０００人の患者が歯科矯正の治療を始めたことが分かった。 歯科矯正治療の平均コストは、永久歯を持つ子供の患者１人当たり３２０ ０ドルであり、大人の患者１人当たり３５００ドルと推定される。 １９９２年に治療を始めた新たな患者の内、約７７％は、１８才以下である。 患者が治療の指導方法を守らないことが１つの難しい問題であることに反対する歯科矯正医は殆どいないであろう。 その経済的なコストに加えて、治療の指導を守らないことは、治療期間が長引き、また、歯科矯正効果を達成し得ない結果となる可能性がある。 歯科矯正医の仕事を更に面倒にするのは、患者が実際に、所定の矯正方法（ 例えば、ヘッドギアを使用すること）を守る程度に関する客観的な情報が無いことである。 １つの最近の歯科矯正医に対する調査によれば、治療の指導を守っていることを評価するための何ら特別な方法がないという。 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、顎同士が適当な整列状態となるように、成長する子供に歯科的矯正力を加えることを必要とする。 これは、下顎骨の前方への成長が妨害されずに続くことを許容しつつ、上顎骨の前方への成長を制限するヘッドギア装置によって一般的に行われる。 最近の全国的な調査の結果、１０人の歯科矯正医の内９人が等級IIの咬合せ不良の治療に際して、ヘッドギアを「常時」又は「時々」使用している。 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、頭の後部に向けた方向を向く。 柔軟な可撓性の布ストラップが首の後側に当てられ、 首ストラップの各端部にて、力モジュールが金属製ヘッドギア弓状部材のそれぞれの外側アームに取り付けられる。 このようにして、首の後側は、力モジュールに対する口外の固定点を提供し、上顎骨に対し後方への引張り力を付与する。 この力は、正常に成長する下顎骨に対して上顎骨が前方に成長するのを妨害する。 この顎骨間における成長の差が患者が有する歯科矯正上の問題点を矯正する。 この型式の問題点が成長する子供（成長の調整が可能であるとき）にて矯正されなかったならば、治療方法の選択枝は制限され、抜歯するか、又は、患者の顎の位置を外科的に矯正しなければならなくなる。 ヘッドギア装置は、顎骨の関係を歯科矯正的に矯正することに加えて、歯槽の変化により咬合せ不良をも矯正する。 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１００時間以上まで、そのヘッドギアを装着する時間が長くなったと報告している。 不都合なことに、これは実験に基づくものではなく、単なる実例の観察によるものである。 しかしながら、 最近の研究では、１４名の対象についてカレンダを使用して、改造した「特製」 ヘッドギアタイマーから実際にヘッドギアを装着したデータを集める一方で、そのヘッドギアの装着状態を監視している。 簡単な監視の結果、着用を遵守する程度が大きく増大している（ｐ＜０．０５）。 装着行為を監視することを可能にするためフィードバックを提供することが指導を遵守する上で顕著に有利な効果があることを示す更なる証拠がある。 ヘッドギアモニターの設計が適切であるならば、その監視は極めて容易となり、また、行動が効果的に監視され、また、その結果、指導を遵守する程度が強まり、ヘッドギアの装着時間を長くするために、 複雑な行動の修正原理を適用することも可能にする。 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、不正確なものが９個あることである。 また、このタイマーの設計には、その他の欠点もある。 装着時間は、ヘッドギアを歯科矯正医院の高価なデジタル読み出しメータに接続しなければ解読できない。 このため、患者及びその親は、歯科矯正の指定時間の間の装着時間を監視することができない。 更に、このタイマーは、製造メーカの特別なヘッドギアの設計及び力モジュールと共にしか使用できない。 当該出願人が知る限り、現在、ヘッドギアタイマーを業として製造している会社は存在しない。 その結果、腕時計から、「特製」のタイマーを製造するための方法を記載した最近の論文があるが、従来の型式のもののように、次の問題がある。 即ち、１ ）弾性的なモジュールを首ストラップに取り付け、これにより、装置を取り外さずに、異なる弾性的モジュールを変更し、又は選択する歯科矯正医の選択が不可能となること、２）力モジュールを安全に取り外すという特徴（これは、全てのヘッドギア装置に必要とされる）が無くなることである。 更に、この簡単なタイマーは、患者が容易に誤魔かすことができ、このことは、患者が装着の指導を遵守することを正確に測定しようとするとき、重大な制約となる。 この問題点に対する当該出願人等の新規な取り組みの結果、原型としてのヘッドギアモニターが設計され且つ製造されるに至った（歯科矯正の科学的原理、行動科学及び電子技術に基づく）。 これらは、従来のヘッドギアタイマーの欠点を解消する。 全国健康調査のデータ（１９７３）から、米国の子供の１５−２０％は、ある型式の咬合せ不良（角度等級IIの咬合せ不良）を有しており、これは、一般に、ヘッドギア装置を使用して治療していることを明らかにしている。 付与された力の持続時間及びその大きさを測定することのできる、信頼性の高い、装着指導を遵守しているかどうかを監視するモニターは、この状態の治療を向上させる非常に価値ある研究の道具となるであろう。 更に、ヘッドギアのモニターが歯科矯正の治療効果を向上させるならば、これは、ヘッドギア装置の標準的な構成要素の一つとなるであろう。 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のような記憶手段がプロセッサ手段により為された判断を記録する。 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。 複数のホール効果センサを使用することにより、磁石の動作及び位置を明確に判断することができる。 このように、この装置は、時間に亙って付与されるばね張力を定量的に測定し得るように較正することができる。 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、本発明はソフトウェアアルゴリズムを使用して、偽の又は見せかけのデータを除外することが可能な点である。 力モジュールに長時間、静的な張力が加わることは、指導に遵守として記録されない。 測定された動作及び張力は、出所が生物学的原因によるものとする程十分に変わりやすいものであるとみなさなければならない。 患者、親及び歯科矯正医は、遵守程度に関するフィードバックが容易に利用可能であり、所望であるならば、歯科矯正医院にて一般に見られるコンピュータ装置に実際のデータを呼び出すことができる。 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、このモデル（従来の試みと異なる）が指導を遵守する程度を向上させ、従って、治療効果を向上させ得るように生理学的原理が当該設計に組み込まれている。 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−解放機構の一つの構造の詳細を示す拡大縮尺図である。 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、線形に隔たったホールセンサからの相対的なＡ／Ｄ値を示すグラフである。 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、１ ８、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。 安全解放機構を非係合状態にするのに必要な力の程度は、自由端部分３２が溝３４の中を外方に摺動するのに十分な距離だけ、その自由端を拡げるのに必要な力により決まる。 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に係合する開放端の代替的なスナップリング３０′を使用することにより、空隙の効率が達成される。 この溝は、 後方に伸長する部分３５の一部である。 ばね張力は、力モジュール２２、２２′内にて内部ばね３６により顔弓２６に付与される。 このばね３６は、接続ストラップ４０の頭部分３８により部分的に圧縮され、このストラップ４０は、ヘッドギア２４を使用する間に、ばね３６を圧縮する。 ばね３６は、完全に圧縮されないため、着用者がその頭を自由に動かすことを許容し得るように、顕著に制限することなく僅かな動きを為し得るようにする。 典型的な接続具の完全な開示は、その内容を特に引用して本明細書に含めた、米国特許第４，２２６，５８９号に見ることができる。 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」２２内で完全に為され、このため、歯科矯正医が使用する顔弓２６又は首ストラップ２８の型式に関係ないようにするという着想である。 この設計的特徴は、ヘッドギアの設計にとって重要である、首ストラップからの力モジュールの安全な接続解除という特徴に影響を及ぼさない。 典型的な歯科矯正用の力モジュール２２を観察すれば、この力モジュールの中心に形成された中空の円筒状穴４２内に着座している受動的なコイルばね３６を見ることができる。 力は、力モジュール内でばねを圧縮することにより発生される。 ヘッドギアを適正に装着したならば、このばねは、力モジュールの一端を首ストラップ２８に取り付け、力モジュールの他の構成要素（即ち、ばねを動かし且つ圧縮する構成要素）を顔弓の他方のアームに取り付けることにより、圧縮された（作用）位置に保持される。 患者は、力が発生する（即ち、ばねが圧縮される）ように、力モジュール２２の可調節部分４０を顔弓２６の他方のアームに取り付けるように指導を受ける。 この状態では、顔弓２６の外側のアームが頭の後部により近接する位置まで動く場合にのみ、ばねはより弛緩した状態となることができる。 これは、実際には、患者が頭の位置を自然に変える際に起こる。 頭を回転させ、又は動かすと、右側及び左側の力モジュール２２内のばねが弛緩し又はより圧縮された状態となる。 このことは、当該モニター１０の設計に対して、 別の重要な要素を提供することになる。 ヘッドギアのタイマーを誤魔化そうとする殆どの試みは、ばねを圧縮することを含む。 最も簡単には、このことは、ヘッドギアを擬人的なマネキンの頭に嵌めるか、又は力モジュール２２の両側に重り（例えば、本を積み重ねたもの）を付与することによりばね３６を作用位置に保持することによって行われる。 しかしながら、誤魔化そうとするこうした試みは、ばねを静的なやり方で圧縮する一方、患者が実際に装着している際には、ばね３６は、頭の位置の変化に対して常に調節される。 従って、ばねの圧縮程度が時間と共に評価されるに場合には、ソフトウェアアルゴリズムを使用して、実際の（有効な）ヘッドギアの装着間に生ずるばね圧縮程度を、静的な（無効な）装着から識別することができる。 アルゴリズムの特性（信号の変わり易さの幾つかの統計学的測定値に基づく）、信号がサンプリングされるとき及びサンプリング時間は、この装置を装着している患者から得られたデータに基づいて測定することができる。 周知の統計学的等式を使用すれば、中央値フィルタを使用して、その集めたデータから外部ノイズにより生じたスパイクを除去することができる。 有効なヘッドギアの装着から集めたデータ、及び誤魔化そうと試みが為されたことを示す規則性を有する無効な静的動作又は機械的に作られた動作から集めたデータに基づいて、信号の標準偏差及び信号の変化を所定の時間に亙って評価する。 こうした判断基準を使用すれば、当業者は、本発明に使用するための適切なソフトウェアを容易に書くことができると考えられる。 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、２２′の可動部分４０を前方に引っ張り（ばねにより）、その可動部分を顔弓２６の外方のアームに取り付ける。 力モジュール２２、２２′のこの可動部分は、「ストッパ」３８を有しており、このストッパは、ばね３６がモジュール内で受動的な状態に止まるの許容しないが、人間が力モジュールの可動部分４０を顔弓２６の外側アームまで前方に引っ張ったとき、ばねを付勢して圧縮する。 このように、ストッパ３８は、力モジュール２２、２２′内での位置を変化させ、ばね３６が圧縮される。 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を常時使用することを不要にすることができる。 テキサス・インスツルメンツ（Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）から販売されているＴＳＳ４００−Ｓ３マイクロプロセッサ１２は、磁性リードスイッチ１６を監視し且つホールセンサ１８、１９からのアナログ信号を監視することができる。 このマイクロプロセッサは、信号の可変性を評価することにより実際に装着したことの証拠を得るためホール信号を統計学的に評価することができる。 実際の装着時間は、マイクロプロセッサ１２を使用して測定し且つ液晶表示器１４上に表示することができる。 データは、ＥＥＰＲＯＭを使用して、非揮発性記憶装置２０内に保存することができる。 また、このマイクロプロセッサ１２は、外部装置（図示せず）から赤外線フォトトランジスタ４７に送られた赤外線パルスを検出することもできる。 この赤外線フォトトランジスタ４７はディスプレイのリセット、クロックのセット、新しいソフトウェアルーチンのリロード、又はヘッドギアモニターの一部として含めた赤外線ＬＥＤ４６を介してデータのダウンロードのような種々の機能を行うようにマイクロプロセッサ１２に信号を送る。 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。 このマイクロプロセッサは、市販の製品にて使用し得るように超小型化を容易にするダイ（ｄｉｅ）として利用可能である。 ヘッドギアに最初に力を加えたときを検出することのできるために使用されるセンサは、磁性リードスイッチ１６である。 ２つのホールセンサ１８、１９がヘッドギアの力を発生させるばねの位置を明確に測定する。 このようにして、相対的な力を定量的に測定し且つ記録することができる。 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１６の状態を変化させ、次に、ホールセンサ１８、１９によって、増大する磁界の強度を検出することができる。所望であるならば、その寸法に対して比較的により大きい磁界強度を有する希土類磁石を装置内にて使用することができる。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′の寸法又は体積を著しく増大させないように、構成要素の各々を十分に小型化することが重要である。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、ホールセンサ１８、１９により記録された磁界の強度を記録し得るようにすることができる。図１０を参照すると、直線状に隔たったホールセンサ１８、１９のアナログ− デジタル値を示す、実験室データに基づくグラフが図示されている。また、リードスイッチ１６のようなウェイクアップセンサの作用領域も図示されている。磁石４４がその移動路に沿って動かされるとき、各ホールセンサにより記録された値は、最初に増大し、次に減少する。装着の指導を遵守しているかどうかを定量的に判断するためには、単一のホールセンサで十分である。所定の時間に亙って付与される力の量を定量的に測定し且つ記録することが望まれるならば、１つ以上のホールセンサを有することが必要である。その理由は、そうすれば１つ以上の線形磁石の位置を単一のホールセンサにより測定した所定の正又は負の値に関連付けることができるからである。このことは、ある程度の不明確さを生じる。この不明確さを解消する一つの簡単な方法は、図１０に図示するように、直線状に隔たった複数のホールセンサを使用し、磁石の位置を明確に判断し得るようにすることである。装置の較正により、相対的又は正確な力の量を任意の磁石の位置と関連付けることが可能となる。好適な形態において、マイクロプロセッサ１ ２は、最初の１つをサンプリングし、次に、その他のホールセンサ１８、１９が時間通りに閉じる。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／Ｄ）の２つの入力をホール素子の異なる電圧導線の各々に接続する。単一のホールセンサの各導線からのＡ／Ｄ値をサンプリングし、数値の差を磁界の検出値として使用する。 ＴＳＳ４００マイクロプロセッサは、４つのＡ／Ｄ 入力を有するため、複数のホールセンサを追加的な電子機器を使用せずに接続することができる。電圧差の信号は、温度及び供給電力の変化に起因する基準供給電圧に対するホール電圧のドリフト効果を解消する。高インピーダンス入力は、 ホール電流供給源に対する検出電圧の必要とされる独立性を提供する。 １２ビットのＡ／Ｄ分解能は、１５０マイクロボルトの変化を検出し、これにより、別個の差動増幅器を不要にすることができる。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、磁性リードスイッチが作動する迄、低電力使用状態（即ち、睡眠モード）に設定される。次に、このプロセッサは起動され、プログラムは、装着の開始時間を一時的に記録する。ホールセンサ１８、１９によりばねの位置を検出することにより、プログラムは、周期的に、現在の位置をその前の測定値と比較する。通常のヘッドギアの使用中におけるばねの位置の生物学的な変動又は不規則性により、ソフトウェアアルゴリズムは、誤魔化そうとした試みを示す長時間に亙るばねの静止状態とは異なる実際の装着時間を判断することができる。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、電池の寿命を引き延ばすのに役立つ。ばねが受動位置まで弛緩したとき、一時的な停止時間を記録する。公称時間（例えば、３０分間）内に装着を示す行為が検出されないならば、有効とされ且つ時間を記入した装着データ（例えば、装着、取り外し時間、平均的なばね位置）を非揮発性メモリ２０内に記録する。その前のばね位置対力の関係の較正から得られた検索表を使用して、力の平均値を知ることができる。周知の型式の関連付けられたソフトウェアは、装着の遵守モニターとコンピュータとの間で双方向の連絡を可能にし、モニターからデータをダウンロードし、また、モニター内のソフトウェアをリセットし且つ修正する。更に、関連付けられたソフトウェアは、表形式及びグラフ形式の双方にてヘッドギアのモニターのデータを評価することを可能にする。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