特開 2024-43167 生体運動計測装置及び生体運動計測システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024043167

(43)【公開日】2024-03-29

(54)【発明の名称】生体運動計測装置及び生体運動計測システム

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/11 20060101AFI20240322BHJP

【ＦＩ】

A61B5/11 300

【審査請求】未請求

【請求項の数】28

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022148197

(22)【出願日】2022-09-16

(71)【出願人】

【識別番号】000005038

【氏名又は名称】セイコーグループ株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】592019213

【氏名又は名称】学校法人昭和大学

(74)【代理人】

【識別番号】100165179

【弁理士】

【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡

(74)【代理人】

【識別番号】100126664

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 慎吾

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(72)【発明者】

【氏名】磯谷 亮介

(72)【発明者】

【氏名】吉田 宜史

(72)【発明者】

【氏名】槇 宏太郎

【テーマコード（参考）】

4C038

【Ｆターム（参考）】

4C038VA04

4C038VB08

4C038VC20

(57)【要約】

【課題】生体における部位の運動を簡易に計測することを図る。
【解決手段】生体運動計測装置は、生体における第１の部位に配置される一又は複数の磁気発生器と、生体における第１の部位とは異なる他の部位に配置され、２以上の直交する計測軸により、各磁気発生器が発生する磁界を計測するための一又は複数の磁界センサと、各磁界センサにより計測された磁界に基づいて各磁気発生器と各磁界センサとの間の相対的な位置を算出する信号処理部と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

生体における第１の部位に配置される一又は複数の磁気発生器と、
前記生体における前記第１の部位とは異なる他の部位に配置され、２以上の直交する計測軸により、前記各磁気発生器が発生する磁界を計測するための一又は複数の磁界センサと、
を備える生体運動計測装置。

【請求項2】

前記磁気発生器は、二極の磁石である、
請求項１に記載の生体運動計測装置。

【請求項3】

前記磁気発生器の磁極は、前記第１の部位と前記他の部位との可動方向に向けて配置される、
請求項１に記載の生体運動計測装置。

【請求項4】

前記磁気発生器の磁束密度は、３００ミリテスラ以上である、
請求項１に記載の生体運動計測装置。

【請求項5】

前記磁界センサは、ホールセンサ、磁気抵抗効果センサ及び磁気インピーダンスセンサのうち、いずれか一つ又は複数の組み合わせにより構成される、
請求項１に記載の生体運動計測装置。

【請求項6】

前記複数の磁界センサは、一の前記磁気発生器との間の距離がそれぞれに異なるように配置される、
請求項１に記載の生体運動計測装置。

【請求項7】

前記第１の部位と前記他の部位とのうち少なくとも一方に配置され、配置された部位が向く方位を計測する一又は複数の姿勢センサをさらに備える、
請求項１に記載の生体運動計測装置。

【請求項8】

前記姿勢センサは、三次元方位を計測する、
請求項７に記載の生体運動計測装置。

【請求項9】

前記姿勢センサは、ジャイロセンサ、加速度センサ及び地磁気センサのうち、いずれか一つ又は複数の組み合わせにより構成される、
請求項７に記載の生体運動計測装置。

【請求項10】

前記第１の部位に配置される、前記磁気発生器とは逆極性の磁気発生器と、
前記他の部位に配置され、２以上の直交する計測軸により、前記逆極性の磁気発生器が発生する磁界を計測するための追加磁界センサと、をさらに備える、
請求項１項に記載の生体運動計測装置。

【請求項11】

前記第１の部位は、前記生体の上顎及び下顎のうちいずれか一方の顎に連動する部位であり、
前記他の部位は、前記生体の上顎及び下顎のうち前記第１の部位とは異なるもう一方の顎に連動する部位である、
請求項１に記載の生体運動計測装置。

【請求項12】

前記第１の部位は、前記生体の口腔内の上顎及び下顎のうちいずれか一方の顎であり、
前記他の部位は、前記生体の口腔内の上顎及び下顎のうち前記第１の部位とは異なるもう一方の顎である、
請求項１に記載の生体運動計測装置。

【請求項13】

前記第１の部位及び前記他の部位は、臼歯部である、
請求項１に記載の生体運動計測装置。

【請求項14】

前記磁気発生器は、前記第１の部位に装着されるマウスピースに備えられ、
前記磁界センサは、前記他の部位に装着されるマウスピースに備えられる、
請求項１に記載の生体運動計測装置。

【請求項15】

前記磁気発生器は、磁極が開口方向を向くように配置される、
請求項１１から１４のいずれか１項に記載の生体運動計測装置。

【請求項16】

前記磁界センサは、前記磁気発生器が発生する磁界の２成分以上のベクトルが変化する位置に配置される、
請求項１１から１４のいずれか１項に記載の生体運動計測装置。

【請求項17】

前記他の部位に装着されるマウスピースにさらに姿勢センサを備え、
前記生体運動計測装置は、前記各磁界センサにより計測された磁界と前記姿勢センサにより計測された方位とに基づいて、前記生体における６自由度の顎の運動を計測する信号処理部をさらに備える、
請求項１４に記載の生体運動計測装置。

【請求項18】

生体における第１の部位に配置される一又は複数の磁気発生器と、
前記生体における前記第１の部位とは異なる他の部位に配置され、２以上の直交する計測軸により、前記各磁気発生器が発生する磁界を計測するための一又は複数の磁界センサと、
前記各磁界センサにより計測された磁界に基づいて前記各磁気発生器と前記各磁界センサとの間の相対的な位置を算出する信号処理部と、
を備える生体運動計測システム。

【請求項19】

請求項７から９のいずれか１項に記載の生体運動計測装置と、
各磁界センサにより計測された磁界に基づいて各磁気発生器と各磁界センサとの間の相対的な位置を算出する信号処理部と、を備え、
前記信号処理部は、前記相対的な位置の算出において、各姿勢センサにより計測された方位に基づいて、生体の運動時に生じる各磁気発生器又は各磁界センサの傾きに関する補正を行う、
生体運動計測システム。

【請求項20】

前記磁界センサが受ける地磁気を計測する地磁気センサをさらに備え、
前記信号処理部は、前記地磁気センサにより計測された地磁気に基づいて、前記磁界センサにより計測された磁界から地磁気の影響を低減する、
請求項１８に記載の生体運動計測システム。

【請求項21】

前記複数の磁界センサが受ける磁気を計測し、前記複数の磁気センサの相対座標に基づいて、傾きを補正する、
請求項１８に記載の生体運動計測システム。

【請求項22】

前記第１の部位及び前記他の部位は臼歯部であり、
前記生体における臼歯部から前歯部までの位置関係を示すデータを記憶する記憶部をさらに備え、
前記信号処理部は、前記位置関係に基づいて、前記相対的な位置の算出結果から前記生体における上顎の前歯部と下顎の前歯部との間の相対的な位置に変換する、
請求項１８に記載の生体運動計測システム。

【請求項23】

前記磁界センサにより計測された磁界から前記相対的な位置に変換するための変換テーブルをさらに備え、
前記信号処理部は、前記変換テーブルに基づいて前記各磁界センサにより計測された磁界から前記相対的な位置を取得する際に、前記変換テーブルにおいて不足する位置情報を補間処理によって補う、
請求項１８に記載の生体運動計測システム。

【請求項24】

前記補間処理は、線形補間又は放射基底関数を用いた補間である、
請求項２３に記載の生体運動計測システム。

【請求項25】

前記生体における前記第１の部位と前記他の部位との一連の動きを示す履歴を記憶する記憶部をさらに備え、
前記信号処理部は、前記履歴を用いて前記相対的な位置の算出を行う、
請求項２３に記載の生体運動計測システム。

【請求項26】

前記信号処理部は、直前の前記相対的な位置の算出結果に基づいて、前記変換テーブルにおいて参照する前記相対的な位置の範囲を限定する、
請求項２３に記載の生体運動計測システム。

【請求項27】

前記磁界センサは、１００ヘルツ以上のサンプリングレートで磁界を計測する、
請求項１８に記載の生体運動計測システム。

【請求項28】

前記磁界センサは、１００ヘルツ以上のサンプリングレートで磁界を計測し、
前記姿勢センサは、２０ヘルツ以上のサンプリングレートで姿勢を計測する、
請求項１９に記載の生体運動計測システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、生体運動計測装置及び生体運動計測システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、生体内の上顎と下顎とのうち一方に磁気発生器を取り付けもう一方に磁界センサを取り付けて、一方の顎を基準とした他方の顎の相対的な３次元運動を計測する生体内３次元運動測定装置が記載されている。特許文献１に記載された生体内３次元運動測定装置は、複数の磁気発生器と複数の磁界センサと非接触の複数の校正用コイルとを備え、各磁気発生器及び各磁界センサと、各校正用コイルとの組み合わせは少なくとも５通りであり、各校正用コイルから発生する校正用磁界を、各磁気発生器及び各磁界センサで検出することにより、各磁気発生器及び各磁界センサの初期位置及び初期方向を計測している。

【0003】

特許文献２には、患者の下顎の上顎に対する相対位置と相対運動の少なくとも一方を測定する装置が記載されている。特許文献２に記載された装置は、患者の頭に隣接するように配置される送信器コイルと、下顎に配置される下顎センサとを備え、下顎センサによって特定された位置に基づいて、下顎の上顎に対する相対位置と相対運動の少なくとも一方を特定している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第４５５１３９５号公報

【特許文献2】特表２０１９－５１０５５３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、上述した特許文献１に記載された装置では、各磁気発生器及び各磁界センサと、各校正用コイルとの組み合わせが少なくとも５通り必要であるために、装置が大型化し、且つ消費電力が大きくなるという課題があった。
また、特許文献２に記載された装置では、患者の頭に隣接するように配置される送信器コイルが必要であるために、日常生活において測定を行うことができなかった。

【0006】

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、生体における部位の運動を簡易に計測することができる生体運動計測装置及び生体運動計測システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様は、生体における第１の部位に配置される一又は複数の磁気発生器と、前記生体における前記第１の部位とは異なる他の部位に配置され、２以上の直交する計測軸により、前記各磁気発生器が発生する磁界を計測するための一又は複数の磁界センサと、を備える生体運動計測装置である。

【0008】

本発明の一態様は、上記の生体運動計測装置において、前記磁気発生器は、二極の磁石である。

【0009】

本発明の一態様は、上記の生体運動計測装置において、前記磁気発生器の磁極は、前記第１の部位と前記他の部位との可動方向に向けて配置される。

【0010】

本発明の一態様は、上記の生体運動計測装置において、前記磁気発生器の磁束密度は、３００ミリテスラ以上である。

【0011】

本発明の一態様は、上記の生体運動計測装置において、前記磁界センサは、ホールセンサ、磁気抵抗効果センサ及び磁気インピーダンスセンサのうち、いずれか一つ又は複数の組み合わせにより構成される。

【0012】

本発明の一態様は、上記の生体運動計測装置において、前記複数の磁界センサは、一の前記磁気発生器との間の距離がそれぞれに異なるように配置される。

【0013】

本発明の一態様は、上記の生体運動計測装置において、前記第１の部位と前記他の部位とのうち少なくとも一方に配置され、配置された部位が向く方位を計測する一又は複数の姿勢センサをさらに備える。

【0014】

本発明の一態様は、上記の生体運動計測装置において、前記姿勢センサは、三次元方位を計測する。

【0015】

本発明の一態様は、上記の生体運動計測装置において、前記姿勢センサは、ジャイロセンサ、加速度センサ及び地磁気センサのうち、いずれか一つ又は複数の組み合わせにより構成される。

【0016】

本発明の一態様は、上記の生体運動計測装置において、前記第１の部位に配置される、前記磁気発生器とは逆極性の磁気発生器と、前記他の部位に配置され、２以上の直交する計測軸により、前記逆極性の磁気発生器が発生する磁界を計測するための追加磁界センサと、をさらに備える。

【0017】

本発明の一態様は、上記の生体運動計測装置において、前記第１の部位は、前記生体の上顎及び下顎のうちいずれか一方の顎に連動する部位であり、前記他の部位は、前記生体の上顎及び下顎のうち前記第１の部位とは異なるもう一方の顎に連動する部位である。

【0018】

本発明の一態様は、上記の生体運動計測装置において、前記第１の部位は、前記生体の口腔内の上顎及び下顎のうちいずれか一方の顎であり、前記他の部位は、前記生体の口腔内の上顎及び下顎のうち前記第１の部位とは異なるもう一方の顎である。

【0019】

本発明の一態様は、上記の生体運動計測装置において、前記第１の部位及び前記他の部位は、臼歯部である。

【0020】

本発明の一態様は、上記の生体運動計測装置において、前記磁気発生器は、前記第１の部位に装着されるマウスピースに備えられ、前記磁界センサは、前記他の部位に装着されるマウスピースに備えられる。

【0021】

本発明の一態様は、上記の生体運動計測装置において、前記磁気発生器は、磁極が開口方向を向くように配置される。

【0022】

本発明の一態様は、上記の生体運動計測装置において、前記磁界センサは、前記磁気発生器が発生する磁界の２成分以上のベクトルが変化する位置に配置される。

【0023】

本発明の一態様は、上記の生体運動計測装置において、前記他の部位に装着されるマウスピースにさらに姿勢センサを備え、前記生体運動計測装置は、前記各磁界センサにより計測された磁界と前記姿勢センサにより計測された方位とに基づいて、前記生体における６自由度の顎の運動を計測する信号処理部をさらに備える。

【0024】

本発明の一態様は、生体における第１の部位に配置される一又は複数の磁気発生器と、前記生体における前記第１の部位とは異なる他の部位に配置され、２以上の直交する計測軸により、前記各磁気発生器が発生する磁界を計測するための一又は複数の磁界センサと、前記各磁界センサにより計測された磁界に基づいて前記各磁気発生器と前記各磁界センサとの間の相対的な位置を算出する信号処理部と、を備える生体運動計測システムである。

【0025】

本発明の一態様は、上記の生体運動計測装置と、各磁界センサにより計測された磁界に基づいて各磁気発生器と各磁界センサとの間の相対的な位置を算出する信号処理部と、を備え、前記信号処理部は、前記相対的な位置の算出において、各姿勢センサにより計測された方位に基づいて、生体の運動時に生じる各磁気発生器又は各磁界センサの傾きに関する補正を行う、生体運動計測システムである。

【0026】

本発明の一態様は、上記の生体運動計測システムにおいて、前記磁界センサが受ける地磁気を計測する地磁気センサをさらに備え、前記信号処理部は、前記地磁気センサにより計測された地磁気に基づいて、前記磁界センサにより計測された磁界から地磁気の影響を低減する。

【0027】

本発明の一態様は、上記の生体運動計測システムにおいて、前記複数の磁界センサが受ける磁気を計測し、前記複数の磁気センサの相対座標に基づいて、傾きを補正する。

【0028】

本発明の一態様は、上記の生体運動計測システムにおいて、前記第１の部位及び前記他の部位は臼歯部であり、前記生体における臼歯部から前歯部までの位置関係を示すデータを記憶する記憶部をさらに備え、前記信号処理部は、前記位置関係に基づいて、前記相対的な位置の算出結果から前記生体における上顎の前歯部と下顎の前歯部との間の相対的な位置に変換する。

【0029】

本発明の一態様は、上記の生体運動計測システムにおいて、前記磁界センサにより計測された磁界から前記相対的な位置に変換するための変換テーブルをさらに備え、前記信号処理部は、前記変換テーブルに基づいて前記各磁界センサにより計測された磁界から前記相対的な位置を取得する際に、前記変換テーブルにおいて不足する位置情報を補間処理によって補う。

【0030】

本発明の一態様は、上記の生体運動計測システムにおいて、前記補間処理は、線形補間又は放射基底関数を用いた補間である。

【0031】

本発明の一態様は、上記の生体運動計測システムにおいて、前記生体における前記第１の部位と前記他の部位との一連の動きを示す履歴を記憶する記憶部をさらに備え、前記信号処理部は、前記履歴を用いて前記相対的な位置の算出を行う。

【0032】

本発明の一態様は、上記の生体運動計測システムにおいて、前記信号処理部は、直前の前記相対的な位置の算出結果に基づいて、前記変換テーブルにおいて参照する前記相対的な位置の範囲を限定する。

【0033】

本発明の一態様は、上記の生体運動計測システムにおいて、前記磁界センサは、１００ヘルツ以上のサンプリングレートで磁界を計測する。

【0034】

本発明の一態様は、上記の生体運動計測システムにおいて、前記磁界センサは、１００ヘルツ以上のサンプリングレートで磁界を計測し、前記姿勢センサは、２０ヘルツ以上のサンプリングレートで姿勢を計測する。

【発明の効果】

【0035】

本発明によれば、生体における部位の運動を簡易に計測することができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【0036】

【図1】第１実施形態に係る生体運動計測装置の一例を示す図である。

【図2】第１実施形態に係る生体運動計測装置の一例を示す図である。

【図3】第１実施形態に係る生体運動計測装置の本体装置の構成例を示すブロック図である。

【図4】第１実施形態に係る磁石の例を示す図である。

【図5】第１実施形態に係る磁界を説明するための説明図である。

【図6】第１実施形態に係る磁界を説明するための説明図である。

【図7】第１実施形態に係る変換テーブルの構成例を示す図である。

【図8】第１実施形態に係る相対位置の算出方法の一例を説明するための説明図である。

【図9】第２実施形態に係る生体運動計測装置の本体装置の構成例を示すブロック図である。

【図10】第２実施形態に係る姿勢センサの配置例を示す図である。

【図11】第３実施形態に係る生体運動計測装置の本体装置の構成例を示すブロック図である。

【図12】第３実施形態に係る地磁気センサの配置例を示す図である。

【図13】第３実施形態に係る地磁気低減方法の一例を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0037】

以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。

【0038】

＜第１実施形態＞
図１及び図２は、第１実施形態に係る生体運動計測装置の一例を示す図である。本実施形態に係る生体運動計測装置は、本体装置１と磁気発生器２とを備える。本体装置１及び磁気発生器２は、生体２００に配置される。図１の例では生体２００は人である。図１は、人の顔を側面から見た側面視の図である。図２も同様に側面視の図である。本実施形態では、生体運動計測装置は、生体２００における上顎２０１に対する下顎２０２の相対位置を計測するための計測装置である。

【0039】

図１において、磁気発生器２は、生体２００の上顎２０１の臼歯部に配置されている。より具体的には、磁気発生器２は、図２に例示されるように、生体２００の上顎２０１の臼歯部に装着されるマウスピース２１１に備えられる。当該マウスピース２１１が生体２００の上顎２０１の臼歯部に装着されることによって、磁気発生器２が生体２００の上顎２０１の臼歯部に配置される。

【0040】

磁気発生器２の一例は、図２に例示されるように、二極の磁石である。磁気発生器２に使用される磁石は、例えばサマリウムコバルト磁石又はネオジム磁石である。磁気発生器２の磁束密度は、３００ミリテスラ（ｍＴ）以上であることが好ましい。磁気発生器２の磁束密度は、例えば４００ｍＴである。また、複数の磁気発生器２が配置されてもよい。本実施形態では、磁気発生器２の一例として、図２に例示されるように、二極の磁石を使用する。以下、磁気発生器２を磁石２と称する場合がある。

【0041】

図１において、本体装置１は、制御部１０と磁界センサ１１と電池１２とを備える。本体装置１は、生体２００の下顎２０２の臼歯部に配置されている。より具体的には、本体装置１は、図２に例示されるように、生体２００の下顎２０２の臼歯部に装着されるマウスピース２１２に備えられる。当該マウスピース２１２が生体２００の下顎２０２の臼歯部に装着されることによって、本体装置１が生体２００の下顎２０２の臼歯部に配置される。これにより、本体装置１に備わる磁界センサ１１は、生体２００の下顎２０２の臼歯部に配置される。

【0042】

磁石２及び本体装置１がそれぞれにマウスピース２１１，２１２に備えられることにより、生体２００への着脱が容易になる。

【0043】

磁界センサ１１は、２以上の直交する計測軸により、磁気発生器２が発生する磁界を計測する。磁界センサ１１が２つの直交する計測軸により、磁気発生器２が発生する磁界を計測することによって、直交する２軸の磁界ベクトルを計測することができる。磁界センサ１１が３つの直交する計測軸により、磁気発生器２が発生する磁界を計測することによって、直交する３軸の磁界ベクトルを計測することができる。磁界センサ１１は、例えばホールセンサ、磁気抵抗効果センサ（ＭＲセンサ）及び磁気インピーダンスセンサ（ＭＩセンサ）等の静磁界を計測するセンサのうち、いずれか一つ又は複数の組み合わせにより構成される。また、複数の磁界センサ１１が配置されてもよい。複数の磁界センサ１１は、一の磁気発生器２との間の距離がそれぞれに異なるように配置されることが好ましい。

【0044】

本体装置１において、制御部１０は、磁界センサ１１が計測した磁界に基づいて、生体２００における上顎２０１に対する下顎２０２の相対位置を算出するための演算を行う。より具体的には、制御部１０は、各磁界センサ１１により計測された磁界に基づいて各磁気発生器２と各磁界センサ１１との間の相対的な位置を算出する信号処理部を備える。電池１２は、本体装置１の各部に電力を供給するための電源である。

【0045】

図３は、第１実施形態に係る生体運動計測装置の本体装置１の構成例を示すブロック図である。図３において、本体装置１は、磁界センサ１１と、電池１２と、信号処理部１００と、記憶部１０１と、無線通信部１０２と、アンテナ１０３と、ＲＴＣ（Real-Time Clock）１０４とを備える。図３に示す本体装置１の信号処理部１００、記憶部１０１、無線通信部１０２、アンテナ１０３及びＲＴＣ１０４は、図１に示す制御部１０に対応する。

【0046】

信号処理部１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を備える。信号処理部１００の機能は、ＣＰＵが記憶部１０１に格納されたコンピュータプログラムを実行することにより実現される。信号処理部１００は、各磁界センサ１１により計測された磁界に基づいて各磁気発生器２と各磁界センサ１１との間の相対的な位置を算出する。

【0047】

記憶部１０１は、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリを備える。記憶部１０１は、信号処理部１００のＣＰＵで実行されるコンピュータプログラム及び各種のデータを記憶する。

【0048】

無線通信部１０２は、アンテナ１０３を介して無線信号を送受することにより、外部機器３０との間で無線通信を行う。外部機器３０は、アンテナ３３と無線通信部３２と信号処理部３１とを備えている。外部機器３０の無線通信部３２は、アンテナ３３を介して無線信号を送受することにより、生体運動計測装置の本体装置１との間で無線通信を行う。生体運動計測装置の本体装置１と外部機器３０との間の無線通信の無線通信方式には、例えば「Bluetooth（登録商標）」、「Bluetooth Low Energy」、「Wi-Fi（登録商標）」、「LPWA（Low Power Wide Area）」などの公知の無線通信方式を適用可能である。

【0049】

ＲＴＣ１０４は、信号処理部１００が算出した各磁気発生器２と各磁界センサ１１との間の相対的な位置を示す相対位置情報に対して時刻情報（タイムスタンプ）を付加するための時刻を発生する。

【0050】

生体運動計測装置の本体装置１は、信号処理部１００が算出した各磁気発生器２と各磁界センサ１１との間の相対的な位置を示す相対位置情報に対してタイムスタンプが付加された相対位置情報の時系列データ（相対位置時系列データ）を、無線通信により外部機器３０へ送信する。外部機器３０は、生体運動計測装置の本体装置１から無線通信により受信した生体２００の相対位置時系列データに基づいて、信号処理部３１により、生体２００の顎運動を分析するための演算を行う。外部機器３０の信号処理部３１は、例えば、生体２００の相対位置時系列データから生体２００の顎運動の軌跡を算出する。

【0051】

以下、本実施形態に係る生体運動計測装置による計測の詳細を説明する。

【0052】

生体２００において一又は複数の磁気発生器２が配置される第１部位は、生体２００の上顎２０１及び下顎２０２のうちいずれか一方の顎に連動する部位であればよい。また、生体２００において一又は複数の磁界センサ１１が配置される部位は、生体２００の上顎２０１及び下顎２０２のうち第１部位とは異なるもう一方の顎に連動する部位であればよい。

【0053】

生体２００における上顎２０１に対する下顎２０２の相対位置を計測するために、磁気発生器２と磁界センサ１１とはそれぞれ異なる顎（対顎）に配置される。したがって、図１及び図２に例示されるように、磁気発生器２が上顎２０１に配置される場合は磁界センサ１１は下顎２０２に配置される。その逆に、磁気発生器２が下顎２０２に配置される場合は磁界センサ１１は上顎２０１に配置される。このように、磁気発生器２と磁界センサ１１とはそれぞれ対顎に配置されればよい。

【0054】

磁気発生器２の磁極は、図２に示されるように、磁気発生器２が配置された第１部位（上顎２０１）と本体装置１が配置された部位（下顎２０２）との可動方向３００に向けて配置される。図２において、可動方向３００は開口方向である。したがって、磁気発生器２は、磁極が開口方向３００を向くように配置される。なお、Ｎ極とＳ極の配置は逆であってもよい。

【0055】

なお、磁石２が発生する磁界は距離の二乗に比例して減衰する。このため、磁石２と磁界センサ１１との間の距離が最大開口時に可能な限り短くなるように配置することが、磁石２が発生する磁界を計測するための磁界計測感度の低下を防ぐ上で好ましい。具体的には、磁石２と磁界センサ１１とは、図１に例示されるように、対合歯にそれぞれ配置することが好ましい。また、前歯部に比べて臼歯部の方が最大開口時の対合歯間の距離が短いので、磁石２と磁界センサ１１とは、図１に例示されるように、上顎２０１及び下顎２０２の臼歯部にそれぞれ配置することが好ましい。

【0056】

但し、軽く口を開け閉めする蝶番運動などのように比較的近距離の開口運動時の計測を行う場合は、磁石２と磁界センサ１１とが対合歯や上顎２０１及び下顎２０２の臼歯部にそれぞれ配置されなくてもよい。これは、磁石２と磁界センサ１１との間の距離が磁界計測感度の許容不可能な低下が生じるほどには長くならず、磁界計測感度の低下が許容範囲内に収まるからである。また、最大開口運動時の計測を行う場合であっても、比較的近距離の開口運動時の計測が重要であるときには、同様に、磁石２と磁界センサ１１とが対合歯や上顎２０１及び下顎２０２の臼歯部にそれぞれ配置されなくてもよい。例えば、生体２００がブラキシズム（歯ぎしり）を行っている時の計測が重要である場合には、磁石２と磁界センサ１１とが対合歯や上顎２０１及び下顎２０２の臼歯部にそれぞれ配置されなくてもよい。

【0057】

また、磁界センサ１１は、生体２００における上顎２０１に対する下顎２０２の相対位置として少なくとも２次元の相対位置（顎運動の軌跡）を算出するために、２以上の自由度すなわち直交する２軸の磁界ベクトルを計測できることが好ましい。さらには、顎運動の正面視および側面視の両方を計測するために、磁界センサ１１は、３自由度すなわち直交する３軸の磁界ベクトルを計測できることが好ましい。

【0058】

磁石２は磁界を発生するものであれば材質は問わない。生体２００における装着感を損なわないためには、磁石２はできる限り小型であって装着時に違和感がない大きさであることが好ましい。この条件から、磁石２は、比較的磁力が強い、ネオジム磁石やサマリウムコバルト磁石であることが好ましい。また、磁石２が発生する磁界と装着感のトレードオフから、磁石２のサイズは、厚みが１．５ミリメートル（ｍｍ）から４ｍｍまでくらいが好ましく、また５ｍｍから１０ｍｍ角くらいまでが好ましい。

【0059】

磁石２の形状は、立方体、直方体又は円柱形であってもよい。但し、磁石２と磁界センサ１１との間の距離が短いときの磁界計測感度を向上させるためには、円柱形が好ましい。これは、磁石２が立方体又は直方体である場合は、図４（１）に示されるように、磁石２の近傍に位置する磁界センサ１１の周辺３１１でほぼ均一の磁界が発生するために、当該磁界センサ１１と磁石２との相対的位置が変わっても、当該磁界センサ１１が計測する磁界ベクトルが殆ど変化しないので、磁界計測感度が低下するからである。一方、磁石２が円柱形である場合は、図４（２）に示されるように、磁石２の近傍に位置する磁界センサ１１の周辺３１２において発生する磁界は位置に応じて変化するので、当該磁界センサ１１と磁石２との相対的位置が変われば、当該磁界センサ１１が計測する磁界ベクトルも変化するために、良好な磁界計測感度が得られる。

【0060】

なお、磁界センサ１１と磁石２との間の距離が長いときの計測が重要である場合は、磁石２の形状が立方体または直方体であっても当該長い距離では良好な磁界計測感度が得られるので、磁石２の形状は立方体または直方体であっても問題ない。例えば、最大開口時の顎運動の軌跡を算出するための計測を行う場合は、磁石２の形状は立方体または直方体であっても問題ない。
また、磁石２の形状が立方体または直方体である場合、磁石２と磁界センサ１１との開口方向の距離を長くするのみではなく、図４（３）に例示されるように、磁石２が発生する磁界の２成分以上のベクトルが変化する位置に磁界センサ１１をずらしてもよい。図４（３）の例では、磁石２のＮ極の面に対して磁力線が垂直に出ている位置３１１から外れた位置に磁界センサ１１が配置されており、この磁界センサ１１の位置では磁石２が発生する磁界の２成分以上のベクトルが変化する。このようにして形状が立方体又は直方体の磁石２を配置することで、磁石２の面近傍の磁界を使わずに位置推定を行うことができる。例えば、形状が立方体又は直方体の磁石２を配置した歯の隣の歯に磁界センサ１１を設置してもよい。このようにして形状が立方体又は直方体の磁石２を用いることにより、磁極の方向を認識しやすくなるので、磁石２をマウスピースに搭載する際の工程を単純化することができる。

【0061】

磁石２が上顎２０１に配置され、且つ磁界センサ１１が下顎２０２に配置された場合、磁界センサ１１が計測する磁界ベクトルは、上顎２０１に対する下顎２０２の相対位置に応じて変化する。図５には、磁石２と、磁石２が発生する磁界と、磁界センサ１１の位置の例（位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４）とが示される。磁界センサ１１は、直交する３軸（ｘ軸，ｙ軸，ｚ軸）の磁界ベクトル（ｘ成分，ｙ成分，ｚ成分）を計測する。

【0062】

図５において、磁界センサ１１が位置Ｐ１，Ｐ２に在る場合、磁界センサ１１が計測する磁界ベクトルはｚ成分のみである。位置Ｐ１において磁界センサ１１により計測される磁界ベクトルは、説明の便宜上の値として「Ｂｘ＝０，Ｂｙ＝０，Ｂｚ＝３０００」である。「Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚ」は磁束密度を表し、Ｂｘはｘ成分であり、Ｂｙはｙ成分であり、Ｂｚはｚ成分であり、単位はｍＴである。位置Ｐ１よりも磁石２との間の距離が長い位置Ｐ２では、磁界は距離の二乗に比例して減衰するので、より小さな磁界として計測される。位置Ｐ２において磁界センサ１１により計測される磁界ベクトルは、説明の便宜上の値として「Ｂｘ＝０，Ｂｙ＝０，Ｂｚ＝１０００」である。

【0063】

また、磁界センサ１１が位置Ｐ１からy軸方向の位置Ｐ３，Ｐ４に移動した場合、磁石２が発生する磁界が斜めに磁界センサ１１を貫くので、磁界ベクトルのy成分が生じる。位置Ｐ３において磁界センサ１１により計測される磁界ベクトルは、説明の便宜上の値として「Ｂｘ＝０，Ｂｙ＝－５００，Ｂｚ＝２０００」である。位置Ｐ４において磁界センサ１１により計測される磁界ベクトルは、説明の便宜上の値として「Ｂｘ＝０，Ｂｙ＝５００，Ｂｚ＝２０００」である。また、磁界センサ１１が位置Ｐ１からｘ軸方向に移動した場合は、同様に、磁界ベクトルのｘ成分が生じる。

【0064】

このように、上顎２０１に対する下顎２０２の相対位置に応じて磁界の大きさと向きが変化する。したがって、直交する２軸以上の磁界ベクトルを計測できる磁界センサ１１を用いることによって、上顎２０１に対する下顎２０２の相対位置として少なくとも直交する２軸の相対位置を計測することができる。これにより、少なくとも２次元の顎運動の軌跡を算出することができる。さらには直交する３軸の磁界ベクトルを計測できる磁界センサ１１を用いることによって、上顎２０１に対する下顎２０２の相対位置として直交する３軸の相対位置を計測することができる。これにより、３次元の顎運動の軌跡を算出することができる。

【0065】

また、複数の磁界センサ１１が一の磁石２との間の距離がそれぞれに異なるように配置されることによって、磁界センサ１１のダイナミックレンジを見かけ上拡大することができるので、上顎２０１に対する下顎２０２の相対位置の計測可能な範囲を広くすることができる。例えば、２つの磁界センサ１１（１１Ａ，１１Ｂ）が共に０ｍＴから４ｍＴまでを計測することができる場合において、磁界センサ１１Ａを磁石２の近傍に配置し、磁界センサ１１Ａに比して磁界センサ１１Ｂを当該磁石２から遠くに配置する。これにより、磁石２の近傍では磁界センサ１１Ａが計測値「４ｍＴ」を超えて飽和しても、磁界センサ１１Ｂが有効な計測値を出力することができる。また、磁石２との間の距離が長くなると磁界センサ１１Ｂの磁界計測感度が低下しても、磁界センサ１１Ａは良好な磁界計測感度で計測することができる。したがって、単一の磁界センサ１１を使用する場合に比べて、２つの磁界センサ１１Ａ，１１Ｂを使用する場合は、凡そ、磁界センサ１１Ａから磁界センサ１１Ｂまでの距離の分だけ、上顎２０１に対する下顎２０２の相対位置の計測可能な範囲を広くすることができる。

【0066】

また、磁石２と磁界センサ１１との間の最小距離が一定の長さ以上になるように、磁石２及び磁界センサ１１を配置することが好ましい。これは、磁界の強さが距離の二乗に比例して減衰するので、磁石２からある程度離れると位置の変化に対する磁界の変化率が小さいが、磁石２の近傍では位置の変化に対する磁界の変化率が大きいために、磁石２に近すぎる場所に磁界センサ１１を配置すると、磁界センサ１１に要求されるダイナミックレンジが大きくなり磁界センサ１１のコストアップ等の負担が生じるためである。例えば、最大開口時を含む顎運動を計測する場合は、磁石２と磁界センサ１１との間の最小距離が５ｍｍから１０ｍｍまでくらいになるように、磁石２及び磁界センサ１１を配置することが好ましい。

【0067】

また、二極の磁石は磁束の短絡距離が長いので、磁石からの距離に応じた磁界の減衰が少ない。このことから、磁気発生器２として使用する磁石は二極が好ましい。

【0068】

また、磁石２の磁極（磁化方向）は、開口方向３００に向くことが好ましい。これは、磁化方向を開口方向３００に向けることによって、磁石２と磁界センサ１１との間の相対的な位置（相対位置）を推定する際の誤差が生じにくいからである。図６は、磁石２の磁化方向を開口方向３００に向けた場合（図６（１））と、磁石２の磁化方向を開口方向３００とは異なる方向に向けた場合（図６（２））とについての説明図である。磁石２は上顎２０１に配置され、磁界センサ１１は下顎２０２に配置されている。

【0069】

図６（１），（２）の上段には、磁石２が発生する磁界において、ｘ軸の値「ｘ＝０」のときのｙ軸及びｚ軸のｙｚ平面における磁界３２１，３２２が示される。また、磁界センサ１１は、一点鎖線で示される移動範囲３２３，３２４内を移動する。ｙｚ平面における磁界３２１，３２２においては、いずれであっても、磁界センサ１１が移動範囲３２３，３２４内を移動することによる磁石２と磁界センサ１１との間の相対位置の変化を、磁界３２１，３２２の変化（磁界ベクトルの変化）として計測することができる。したがって、ｙｚ平面では、図６（１）の磁界３２１であっても、図６（２）の磁界３２２であっても、磁界センサ１１が計測した磁界ベクトルから、磁石２と磁界センサ１１との間の相対位置を推定することができる。

【0070】

図６（１），（２）の下段には、磁石２が発生する磁界において、ｙ軸の値「ｙ＝０」のときのｘ軸及びｚ軸のｘｚ平面における磁界３２５，３２６が示される。
磁石２の磁化方向を開口方向３００に向けた場合（図６（１））、ｘｚ平面における磁界３２５はｙｚ平面における磁界３２１と同様であるので、ｘｚ平面においてもｙｚ平面のときと同様に、磁界センサ１１が計測した磁界ベクトルから、磁石２と磁界センサ１１との間の相対位置を推定することができる。磁石２の磁化方向を開口方向３００に向けた場合には（図６（１））、磁石２と磁界センサ１１との間の相対位置を、３次元で推定することができる。

【0071】

一方、磁石２の磁化方向を開口方向３００とは異なる方向に向けた場合（図６（２））、ｘｚ平面における磁界３２６は、ｙｚ平面における磁界３２２とは異なり、ｙ軸方向に向いている。このとき、磁石２の中心からの半径が同一の円周上に存在する点（磁界３２６を表す図中の点）では、磁界は等しくｙ軸方向に向き、且つ磁石２からの距離が同一であるので磁界の大きさも同じである。このため、この円周上の各点を磁界センサ１１が移動しても、磁界センサ１１が計測する磁界ベクトルは全て同じになるので、磁界センサ１１が計測した磁界ベクトルから当該円周上の各点を区別することができない。したがって、磁石２の磁化方向を開口方向３００とは異なる方向に向けた場合（図６（２））には、ｘｚ平面において、磁界センサ１１が計測した磁界ベクトルから、磁石２と磁界センサ１１との間の相対位置を推定することが難しくなり、相対位置の推定誤差が顕著に発生し得る。このような理由から、磁石２の磁極（磁化方向）は、開口方向３００に向くことが好ましい。例えば、３次元での顎運動の軌跡を算出する場合には、磁石２の磁極（磁化方向）を開口方向３００に向けることによって、当該算出の精度が向上する。

【0072】

本体装置１の信号処理部１００は、各磁界センサ１１により計測された磁界に基づいて各磁気発生器２と各磁界センサ１１との間の相対的な位置を算出する。ここで、１次元の動きを計測する場合は、磁石２が発生する磁界が距離の二乗に比例して減衰することを利用し、磁界センサ１１が計測する１次元の磁界ベクトル「ｘ成分Ｂｘ」から、磁石２と磁界センサ１１との間の相対位置「ｘ」を推定することができる。具体的には、１次元の磁界Ｍｘから相対位置ｘを求める次式の関数ｆ（Ｍｘ）を用いる。
ｘ＝ｆ（Ｍｘ）

【0073】

一方、３次元の動きを計測する場合は、磁石２と磁界センサ１１との間の相対位置の３次元の動き（ｘ軸，ｙ軸，ｚ軸）と、磁界の３次元の値（ｘ軸，ｙ軸，ｚ軸）とが、軸毎に独立して影響するものではない。例えば、ｘ軸方向に相対位置の動きが発生した際には、磁界において、ｘ軸方向の成分（ｘ成分）のみにその影響が及ぶわけではなく、ｙ軸方向の成分（ｙ成分）及びｚ軸方向の成分（ｚ成分）にもその影響が及ぶことになる。このため、磁界センサ１１が計測する３次元の磁界ベクトル「ｘ成分Ｂｘ，ｙ成分Ｂｙ，ｚ成分Ｂｚ」から、各軸の成分Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚを独立に使用して、軸毎に、上記した１次元の場合の「ｘ＝ｆ（Ｍｘ）」のように、磁石２と磁界センサ１１との間の相対位置の成分を求めることはできない。

【0074】

このことから、３次元の動きを計測する場合は、磁界の３次元の値（ｘ軸，ｙ軸，ｚ軸）において各軸がクロストークを持つことを考慮に入れる。具体的には、３次元の磁界「Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ」から磁石２と磁界センサ１１との間の相対位置「ｘ，ｙ，ｚ」を求める関数ｆｘ（Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ），ｆｙ（Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ），ｆｚ（Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ）により次式のように想定する。
ｘ＝ｆｘ（Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ）
ｙ＝ｆｙ（Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ）
ｚ＝ｆｚ（Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ）

【0075】

関数ｆｘ（Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ），ｆｙ（Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ），ｆｚ（Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ）は、予め、実験やシミュレーション等によって求めてもよい。

【0076】

本実施形態では、予め、実験やシミュレーション等によって、図７に例示される変換テーブル１００Ｔを作成する。変換テーブル１００Ｔは、磁界センサ１１が計測する磁界ベクトル「Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚ」から相対位置「ｘ，ｙ，ｚ」を求めるための変換テーブルである。なお、図７に示す変換テーブル１００Ｔにおける数値は、説明の便宜上のものである。

【0077】

図７において、変換テーブル１００Ｔには、磁界ベクトル「Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚ」の各成分Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚの数値の組（磁界成分組）と、相対位置「ｘ，ｙ，ｚ」の各成分ｘ，ｙ，ｚの数値の組（相対位置成分組）とが関連付けて格納される。この変換テーブル１００Ｔの作成方法の一例としては、実際の生体２００のサンプルに磁石２と磁界センサ１１を既知の相対位置「ｘ，ｙ，ｚ」に配置して磁界センサ１１により磁界ベクトル「Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚ」を計測する。この計測を複数の既知の相対位置「ｘ，ｙ，ｚ」において行う。そして、各計測の結果の磁界ベクトル「Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚ」と既知の相対位置「ｘ，ｙ，ｚ」とを関連付けて図７に例示されるようにテーブル形式で記録することにより、変換テーブル１００Ｔを作成する。

【0078】

生体運動計測装置の本体装置１において、記憶部１０１は変換テーブル１００Ｔを格納し、信号処理部１００は、磁界センサ１１が計測した磁界ベクトル「Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚ」から、変換テーブル１００Ｔにより相対位置「ｘ，ｙ，ｚ」を求める。例えば、磁界センサ１１が計測した磁界ベクトルが「Ｂｘ＝－１０００，Ｂｙ＝－１０００，Ｂｚ＝０、単位はｍＴ」である場合は、信号処理部１００は、変換テーブル１００Ｔから、相対位置「ｘ＝－１０．０，ｙ＝－１０．０，ｚ＝５０．０、単位はｍｍ」を取得する。例えば、磁界センサ１１が計測した磁界ベクトルが「Ｂｘ＝０，Ｂｙ＝０，Ｂｚ＝２００５、単位はｍＴ」である場合は、信号処理部１００は、変換テーブル１００Ｔから、相対位置「ｘ＝０，ｙ＝０，ｚ＝３０．５、単位はｍｍ」を取得する。

【0079】

ここで、変換テーブル１００Ｔに格納することができる磁界成分組と相対位置成分組の組合せの個数は有限である。したがって、変換テーブル１００Ｔに対して、磁界センサ１１が計測可能な全ての磁界ベクトル「Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚ」に対応する磁界成分組と相対位置成分組の組合せを格納することはまず不可能である。このため、信号処理部１００は、磁界センサ１１が計測した磁界ベクトル「Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚ」に一致する磁界成分組が変換テーブル１００Ｔに存在しない場合、変換テーブル１００Ｔにおいて当該磁界ベクトル「Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚ」の近傍の磁界成分組に関連付けられた相対位置成分組を用いて、所定の補間方法により相対位置「ｘ，ｙ，ｚ」を求める。当該補間方法の一例は、最近傍（Nearest-neighbor）補間方法である。

【0080】

最近傍補間方法では、信号処理部１００は、変換テーブル１００Ｔにおいて、磁界センサ１１が計測した磁界ベクトル「Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚ」に最も近い磁界成分組を選択し、選択した磁界成分組に関連付けられた相対位置成分組を変換テーブル１００Ｔから取得する。

【0081】

上記した最近傍補間方法では、相対位置「ｘ，ｙ，ｚ」が変換テーブル１００Ｔに存在する相対位置成分組のみに限定されるので、相対位置「ｘ，ｙ，ｚ」の推定誤差が大きくなり得る。このため、他の補間方法の例として、線形（Linear）補間方法や、放射基底関数（Radial basis function：ＲＢＦ）を用いて補間する方法などが挙げられる。これらの他の補間手法は比較的処理が複雑でなく、顎運動を計測する用途において良好な結果を得ることができる。

【0082】

なお、上記した変換テーブル１００Ｔのようなテーブル形式に限定されず、例えば多項式表現やネットワーク構造などの式又は関数を用いてもよい。

【0083】

また、信号処理部１００は、磁石２と磁界センサ１１との間の相対位置の一連の動きを示す履歴を記憶部１０１に記憶させ、当該履歴を用いて、以後の当該相対位置の算出を行ってもよい。例えば、人の顎運動においては、顎が著しく速くは動かないことから、過去の相対位置の一連の動きに基づいて、もっともらしい相対位置を推定してもよい。これにより、相対位置の精度を向上させることができる。

【0084】

また、信号処理部１００は、直前の相対位置の算出結果に基づいて、変換テーブル１００Ｔにおいて参照する相対位置の範囲を限定してもよい。図８に例示されるように、磁石２に対する磁界センサ１１の相対位置の軌跡３３０（相対位置の履歴）が記憶部１０１に記憶されている。信号処理部１００は、次の相対位置Ｐ＿ｔを算出する際に、直前の相対位置の算出結果Ｐ＿ｔ－１に基づいて、変換テーブル１００Ｔにおいて参照する相対位置の範囲を限定する。例えば、信号処理部１００は、次の相対位置Ｐ＿ｔを算出する際に、変換テーブル１００Ｔ内の相対位置成分組のうち、直前の相対位置の算出結果Ｐ＿ｔ－１の周囲の一定サイズ（例えば２ｍｍ×２ｍｍ等）の範囲のみを探索範囲として参照する。これにより、変換テーブル１００Ｔ内の全データを探索範囲として参照する場合に比して参照するデータを削減することができるので、処理時間を短縮する効果が得られる。また、全く別の相対位置であっても類似する磁界ベクトルが存在する場合において、変換テーブル１００Ｔから誤った相対位置を求めることを防止することができる。これにより、相対位置の推定精度が向上する効果が得られる。

【0085】

また、信号処理部１００は、過去の相対位置の軌跡（相対位置の履歴）を利用して、ＬＳＴＭ（Long-short term model）等のネットワーク構造を持つ機械学習アルゴリズムにより機械学習モデルの学習を行い、学習済みの機械学習モデルを用いて以後の相対位置の算出を行ってもよい。

【0086】

また、磁石２と磁界センサ１１とが、図１に例示されるように、上顎２０１及び下顎２０２の臼歯部にそれぞれ配置される場合において、上顎２０１の前歯部と下顎２０２の前歯部との間の相対位置を求めるときの相対位置算出方法の一例を説明する。生体運動計測装置の本体装置１において、生体２００における臼歯部から前歯部までの位置関係を示すデータ（臼歯前歯位置関係データ）を、記憶部１０１に予め格納しておく。臼歯前歯位置関係データは、生体２００の臼歯部に対する前歯部の３次元の相対位置を事前に計測して得られたデータである。臼歯前歯位置関係データによれば、磁石２と磁界センサ１１とが、図１に例示されるように、上顎２０１及び下顎２０２の臼歯部にそれぞれ配置される場合に求められた臼歯部配置の磁界センサ１１の３次元の相対位置から、前歯部の３次元の相対位置に変換することができる。信号処理部１００は、臼歯部配置の磁界センサ１１が計測した３次元の磁界ベクトルから算出した臼歯部配置の磁石２と臼歯部配置の磁界センサ１１との間の相対位置を、臼歯前歯位置関係データに基づいて、上顎２０１の前歯部と下顎２０２の前歯部との間の相対位置に変換する。これにより、生体２００の顎運動として、上顎２０１の前歯部に対する下顎２０２の前歯部の軌跡を算出することができる。

【0087】

なお、３次元の顎運動を計測する場合には、直交３軸の磁界センサ１１を使用することが好ましい。直交３軸の磁界センサ１１を使用することによって、一つの磁石２と一つの磁界センサ１１とを備える最小構成により３次元の顎運動を計測することができる。これにより、生体運動計測装置の小型化や低コスト化に寄与する効果が得られる。

【0088】

上述した実施形態では、生体２００における顎の運動を計測するように構成したが、計測対象の運動は顎の運動に限定されない。例えば、体肢や指の運動の計測に適用してもよい。この場合、磁石（磁気発生器）２の磁極は、磁石２が配置される第1の部位と磁界センサ１１が配置される他の部位との可動方向に向けて配置されることにより、関節運動などの動きをより顕著に検出することができる。

【0089】

上述した第１実施形態によれば、生体における基準部と可動部の相対的な運動を簡易に計測することができるという効果が得られる。例えば、上顎２０１を基準部とした場合の上顎２０１と下顎２０２（可動部）の相対的な運動を簡易に計測することができる。

【0090】

なお、磁界センサ１１は、１００ヘルツ（Ｈｚ）以上のサンプリングレートで磁界を計測することが好ましい。これは、磁界センサ１１のサンプリングレートが１００Ｈｚより低い場合、顎の運動を正確に測定することが難しくなるからである。

【0091】

＜第２実施形態＞
図９は、第２実施形態に係る生体運動計測装置の本体装置１ａの構成例を示すブロック図である。図９において、図３の各部に対応する部分には同一の符号を付け、その説明を省略する。図９に示される本体装置１ａは、第１実施形態に係る図３の本体装置１に対してさらに姿勢センサ１３を備える。

【0092】

図１０に、第２実施形態に係る姿勢センサ１３の配置例を示す。図１０は、人（生体２００）の顔を側面から見た側面視の図である。姿勢センサ１３は、図１０に例示されるように、生体２００の下顎２０２に配置される。具体的には、本体装置１ａは、図２に例示されるように、生体２００の下顎２０２の臼歯部に装着されるマウスピース２１２に備えられる。当該マウスピース２１２が生体２００の下顎２０２の臼歯部に装着されることによって、本体装置１ａが生体２００の下顎２０２の臼歯部に配置される。これにより、本体装置１ａに備わる磁界センサ１１及び姿勢センサ１３は、生体２００の下顎２０２の臼歯部に配置される。

【0093】

また、磁石２は、図２に例示されるように、生体２００の上顎２０１の臼歯部に装着されるマウスピース２１１に備えられる。当該マウスピース２１１が生体２００の上顎２０１の臼歯部に装着されることによって、磁石２が生体２００の上顎２０１の臼歯部に配置される。

【0094】

本実施形態において姿勢センサ１３を備える理由を説明する。
磁石２又は磁界センサ１１（図１０の例では磁界センサ１１）が向く方位４１０と水平方向４００とがなす角度θが変わらずに、磁石２又は磁界センサ１１が水平方向４００に対して平行に移動することにより、磁石２と磁界センサ１１との間の相対位置が変化する場合は、上記した第１実施形態で説明したように、信号処理部１００は変換テーブル１００Ｔに基づいて当該相対位置を算出することができる。しかし、角度θが変わる場合には、磁界センサ１１が計測する磁界ベクトルは、その大きさは変わらないがその向きが変わる。磁石２と磁界センサ１１との間の相対位置の算出は、磁界センサ１１が計測する磁界ベクトルの大きさ及び向きの両方に依存するので、角度θが変わると、磁界センサ１１が計測する磁界ベクトルの向きも変わることになって当該相対位置の算出の精度が低下する。

【0095】

このため、本実施形態では、角度θの変化を検出するために、姿勢センサ１３を備える。本実施形態では、図１０に例示されるように、磁界センサ１１と共に姿勢センサ１３を下顎２０２に配置し、磁界センサ１１が向く方位４１０を姿勢センサ１３により計測する。

【0096】

姿勢センサ１３は、磁界センサ１１と同じ顎に配置することが好ましい。また、姿勢センサ１３は、磁界センサ１１の自由度と同じ自由度であることが好ましい。例えば、磁界センサ１１が３次元の磁界ベクトルを計測する場合は、姿勢センサ１３も３次元の方位を計測することが好ましい。姿勢センサ１３は、ジャイロセンサ、加速度センサ及び地磁気センサのうち、いずれか一つ又は複数の組み合わせにより構成される。姿勢センサ１３は、方位４１０（姿勢）を示す情報として、例えばオイラー角や四元数などを出力する。

【0097】

信号処理部１００は、磁石２と磁界センサ１１との間の相対位置の算出において、姿勢センサ１３により計測された方位４１０に基づいて、生体２００の運動時に生じる各磁石２又は各磁界センサ１１の傾きに関する補正を行う。図１０に例示されるように、姿勢センサ１３が磁界センサ１１と同じ顎に配置されているので、姿勢センサ１３の傾きは磁界センサ１１の傾きと同じになる。したがって、姿勢センサ１３が計測した方位４１０（つまり、磁界センサ１１の方位４１０）に基づいて磁界センサ１１の傾きを補正することができる。

【0098】

具体的には、信号処理部１００は、姿勢センサ１３が計測した方位４１０に基づいて、計測開始時の方位４１０（初期方位）からの方位４１０の変化量と同量だけ磁界ベクトルを方位４１０の変化の方向とは逆方向に回転させる。これにより、計測開始時の当初角度θから角度θが変わっても、計測開始時の当初角度θにおいて得られるであろう磁界ベクトルを再現することができる。つまり、当該回転によって、計測開始時の当初角度θのまま角度θが変わらない状態における磁界ベクトルを得ることができる。信号処理部１００は、当該回転後の磁界ベクトルを用いて、磁石２と磁界センサ１１との間の相対位置を算出する。これにより、相対位置の算出の精度の低下を防ぐことができる。

【0099】

なお、姿勢センサ１３は、磁石２が配置される上顎２０１と磁界センサ１１が配置される下顎２０２とのうち少なくとも一方に配置されればよい。

【0100】

また、姿勢センサ１３は、磁界センサ１１が配置された顎（図１０の例では下顎２０２）に加えてさらに、磁石２が配置されたもう一方の顎（図１０の例では上顎２０１）にも配置されてもよい。生体２００が姿勢（特に頭部の傾き）を変えると、角度θが大きく変わり得る。例えば、人が、顔を正面（水平方向４００）に向けている場合と、顔を地面に向けている場合や天空に向けている場合とでは、角度θは大きく異なる。さらには、上顎２０１と下顎２０２の両方共に角度θが変わる。

【0101】

これに対処するために、姿勢センサ１３を上顎２０１と下顎２０２の両方にそれぞれ配置する。信号処理部１００は、磁石２と磁界センサ１１との間の相対位置の算出において、両顎にそれぞれ配置された各姿勢センサ１３により計測された方位４１０に基づいて、磁界センサ１１が計測した磁界ベクトルを回転させる方向及び回転量を制御する。

【0102】

具体的には、まず、信号処理部１００は、磁界センサ１１が配置された下顎２０２の姿勢センサ１３が計測した下顎の方位４１０に基づいて、計測開始時の下顎の方位４１０（下顎初期方位）からの下顎の方位４１０の変化量と同量だけ磁界ベクトルを下顎の方位４１０の変化の方向とは逆方向に回転させる。次いで、信号処理部１００は、当該回転後の磁界ベクトルに対して、磁石２が配置された上顎２０１の姿勢センサ１３が計測した上顎の方位４１０に基づいて、計測開始時の上顎の方位４１０（上顎初期方位）からの上顎の方位４１０の変化量と同量だけ磁界ベクトルを上顎の方位４１０の変化の方向とは逆方向に回転させる。信号処理部１００は、当該回転後の磁界ベクトルを用いて、磁石２と磁界センサ１１との間の相対位置を算出する。これにより、相対位置の算出の精度の低下を防ぐことができる。

【0103】

なお、姿勢センサ１３を上顎２０１と下顎２０２の両方にそれぞれ配置するのではなく、下顎２０２に配置する姿勢センサ１３として、下顎の方位４１０と、上顎２０１に対する下顎２０２の相対角度とを同時に測定することができるセンサを配置してもよい。

【0104】

第２実施形態によれば、例えば日常生活における人（生体２００）の顎運動を計測する場合に、生体２００が計測中に任意の姿勢をとったとしても、顎運動の計測の精度の低下を防ぐことができる。これにより、計測中の人の活動の制限を緩和することができる。これは、個人特有の生活様式や行動形態等による顎運動への影響を分析するための計測データを取得することにも寄与する。

【0105】

なお、信号処理部１００は、磁界センサ１１により計測された３次元の磁界ベクトルと姿勢センサ１３により計測された３次元の方位４１０とに基づいて、生体２００における６自由度の顎の運動を計測してもよい。

【0106】

上述した第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果に加えて、さらに生体２００の姿勢の変化による計測への影響を補正することにより計測精度の低下を防ぐことができるという効果が得られる。

【0107】

なお、磁界センサ１１は１００Ｈｚ以上のサンプリングレートで磁界を計測し、姿勢センサ１３は２０Ｈｚ以上のサンプリングレートで姿勢を計測することが好ましい。これは、顎の傾きの変化は比較的遅いので、姿勢センサ１３は磁界センサ１１ほど高いサンプリングレートでなくてもよいが、姿勢センサ１３のサンプリングレートが２０Ｈｚより低い場合、顎の傾きを正確に測定することが難しくなるからである。

【0108】

＜第３実施形態＞
図１１は、第３実施形態に係る生体運動計測装置の本体装置１ｂの構成例を示すブロック図である。図１１において、図３の各部に対応する部分には同一の符号を付け、その説明を省略する。図１１に示される本体装置１ｂは、第１実施形態に係る図３の本体装置１に対してさらに地磁気センサ１４を備える。地磁気センサ１４は、地磁気の大きさ及び向きを示す地磁気ベクトルを計測する。地磁気センサ１４は、３次元の地磁気ベクトルを計測することが好ましい。本実施形態では、磁界センサ１１が３次元の磁界ベクトルを計測すると共に、地磁気センサ１４が３次元の地磁気ベクトルを計測する。

【0109】

図１２に、第３実施形態に係る地磁気センサ１４の配置例を示す。図１２は、人（生体２００）の顔を正面から見た正面視の図である。地磁気センサ１４が配置される場所は、磁界センサ１１が受ける地磁気を計測することができる場所であればよい。

【0110】

地磁気センサ１４は、図１２に例示されるように、磁石２とは一定以上の距離をとって配置される。地磁気センサ１４が、磁石２とは一定以上の距離をとって配置される理由は、磁石２が発生する磁界の影響を地磁気センサ１４が受けることを抑制するためである。

【0111】

図１２の例では、地磁気センサ１４は、生体２００の下顎２０２において磁界センサ１１が配置された第１臼歯部とは反対側の第２臼歯部に配置される。具体的には、地磁気センサ１４は、図２に例示されるマウスピース２１２（第１マウスピース）と同様に、生体２００の下顎２０２の第２臼歯部に装着される第２マウスピース２１２に備えられる。当該第２マウスピース２１２が生体２００の下顎２０２の第２臼歯部に装着されることによって、地磁気センサ１４が生体２００の下顎２０２の第２臼歯部に配置される。

【0112】

図１２の例では、磁界センサ１１を備える本体装置１ｂが生体２００の下顎２０２の第１臼歯部に配置される。このため、生体２００の下顎２０２において、第２臼歯部に配置される地磁気センサ１４から第１臼歯部に配置される本体装置１ｂまで、地磁気センサ１４と本体装置１ｂとを接続する配線が設けられる。

【0113】

また、磁石２は、図２に例示されるように、生体２００の上顎２０１の臼歯部に装着されるマウスピース２１１に備えられる。当該マウスピース２１１が生体２００の上顎２０１の臼歯部に装着されることによって、磁石２が生体２００の上顎２０１の臼歯部に配置される。

【0114】

なお、地磁気センサ１４が配置される場所は、磁界センサ１１が受ける地磁気を計測することができる場所であって磁石２が発生する磁界の影響が許容範囲に収まる場所であればよい。地磁気センサ１４は、臼歯部に配置された磁石２とは一定以上の距離をとった場所の例として臼歯部又は前歯部に配置されてもよい。図１２の例では、上顎２０１の臼歯部に配置された磁石２からできる限り距離をとるために、地磁気センサ１４は、下顎２０２において当該磁石２とは反対側の臼歯部に配置されている。

【0115】

本実施形態では、地磁気センサ１４を備え、信号処理部１００は、地磁気センサ１４が計測した地磁気に基づいて、磁界センサ１１が計測する磁界ベクトルから地磁気の影響を低減する演算を行う。具体的には、信号処理部１００は、磁界センサ１１が計測した磁界ベクトルから、地磁気センサ１４が計測した地磁気ベクトルを引き算する。信号処理部１００は、当該引き算後の磁界ベクトルを用いて、磁石２と磁界センサ１１との間の相対位置を算出する。これにより、地磁気の影響による相対位置の算出の精度の低下を防ぐことができる。

【0116】

なお、磁界センサ１１が計測する磁界ベクトルから地磁気の影響を低減する他の地磁気低減方法として、地磁気センサ１４を使用しないで、磁石の極性を利用する方法が挙げられる。当該他の地磁気低減方法では、図３に示される本体装置１を使用する。図１３は、磁石の極性を利用する地磁気低減方法を説明するための図である。図１３には、２つの磁石２－１，２－２と、２つの磁界センサ１１－１，１１－２との配置例が示される。図１３は、人（生体２００）の顔を正面から見た正面視の図である。

【0117】

図１３に例示されるように、生体２００の上顎２０１において、磁石２－１は第１臼歯部に配置され、磁石２－２は第１臼歯部とは反対側の第２臼歯部に配置される。具体的には、各磁石２－１，２－１は、図２に例示されるマウスピース２１１と同様に、生体２００の上顎２０１の各臼歯部に装着される各マウスピース２１１に備えられる。当該マウスピース２１１が生体２００の上顎２０１の各臼歯部に装着されることによって、各磁石２－１，２－１が生体２００の上顎２０１の各２臼歯部にそれぞれ配置される。

【0118】

また、磁石２－１と磁石２－２とは、図１３に例示されるように、逆極性になるように配置される。図１３の例では、磁石２－１は開口方向３００をＮ極にし、磁石２－２は開口方向３００をＳ極にしている。これにより、磁界センサ１１－１における磁界と、磁界センサ１１－２における磁界とは、逆極性の磁界となる。

【0119】

また、図１３に例示されるように、生体２００の下顎２０２において、磁界センサ１１－１は第１臼歯部に配置され、磁界センサ１１－２は第１臼歯部とは反対側の第２臼歯部に配置される。具体的には、磁界センサ１１－１が備わる本体装置１が、図２に例示されるように、生体２００の下顎２０２の第１臼歯部に装着されるマウスピース２１２（第１マウスピース）に備えられる。当該第１マウスピース２１２が生体２００の下顎２０２の第１臼歯部に装着されることによって、本体装置１が生体２００の下顎２０２の第１臼歯部に配置される。これにより、本体装置１に備わる磁界センサ１１－１は、生体２００の下顎２０２の第１臼歯部に配置される。磁界センサ１１－２は、生体２００の下顎２０２の第２臼歯部に装着されるマウスピース２１２（第２マウスピース）に備えられる。当該第２マウスピース２１２が生体２００の下顎２０２の第２臼歯部に装着されることによって、磁界センサ１１－２が生体２００の下顎２０２の第２臼歯部に配置される。

【0120】

図１３の例では、磁界センサ１１－１を備える本体装置１が生体２００の下顎２０２の第１臼歯部に配置される。このため、生体２００の下顎２０２において、第２臼歯部に配置される磁界センサ１１－２から第１臼歯部に配置される本体装置１まで、磁界センサ１１－２と本体装置１とを接続する配線が設けられる。

【0121】

信号処理部１００は、磁界センサ１１－２により計測された磁界に基づいて、磁界センサ１１－１により計測された磁界から地磁気の影響を低減する演算を行う。図１３に例示されるように、磁石２－１と磁石２－２とが逆極性になるように配置されるので、磁界センサ１１－１における磁界と磁界センサ１１－２における磁界とは逆極性の磁界となる。このため、磁界センサ１１－１における磁石２－１による磁界ベクトルをＨ＿Ｍとすると、磁界センサ１１－２における磁石２－２による磁界ベクトルは「－Ｈ＿Ｍ」となる。そして、地磁気ベクトルをＨ＿０とすると、磁界センサ１１－１が計測する磁界ベクトル「Ｈ＿Ｍ＋Ｈ＿０」から磁界センサ１１－２が計測する磁界ベクトル「－Ｈ＿Ｍ＋Ｈ＿０」を引き算する次式により、地磁気の影響をキャンセルすることができる。さらには、磁石２（２－１，２－２）による磁界の感度を２倍にすることができる。
（Ｈ＿Ｍ＋Ｈ＿０）－（－Ｈ＿Ｍ＋Ｈ＿０）＝２Ｈ＿Ｍ

【0122】

これにより、地磁気の影響を低減しつつ磁界の感度を上げることができることから、より高精度の相対位置の算出を行うことができる。

【0123】

上述した第３実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果に加えて、さらに地磁気による計測への影響を低減することにより計測精度の低下を防ぐことができるという効果が得られる。

【0124】

なお、第３実施形態に上述した第２実施形態を組み合わせてもよい。この場合、本体装置は磁界センサ１１と姿勢センサ１３と地磁気センサ１４とを備え、信号処理部１００は、磁石２と磁界センサ１１との間の相対位置の算出において、姿勢センサ１３により計測された方位４１０に基づいて磁石２又は磁界センサ１１の傾きに関する補正を行うと共に、地磁気センサ１４が計測した地磁気に基づいて磁界センサ１１が計測する磁界ベクトルから地磁気の影響を低減する演算を行う。又は、本体装置は磁界センサ１１－１，１１－２と姿勢センサ１３とを備え、信号処理部１００は、磁石２（２－１，２－２）と磁界センサ１１（１１－１，１１－２）との間の相対位置の算出において、姿勢センサ１３により計測された方位４１０に基づいて磁石２又は磁界センサ１１の傾きに関する補正を行うと共に、各磁界センサ１１－１，１１－２が計測した磁界ベクトルから地磁気の影響を低減する演算を行う。

【0125】

以上、本発明を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形及び置換を加えることができる。上述した各実施形態および各例に記載の構成を組み合わせてもよい。

【符号の説明】

【0126】

１，１ａ，１ｂ…生体運動計測装置の本体装置、２…生体運動計測装置の磁石、１０…制御部、１１…磁界センサ、１２…電池、１３…姿勢センサ、１４…地磁気センサ、１００…信号処理部、１０１…記憶部、１０２…無線通信部、１０３…アンテナ、１０４…ＲＴＣ

【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】