日大歯学 , Nihon Univ Dent J, 94, 1-9, 2020

特別依頼原稿
歯科版プロジェクト X−挑戦−“見えないところを測る”
原理からひもとく相対値法による電気的根管長測定器の歩み
山岡大日本大学歯学部基礎自然科学分野

要旨：現在，保険適用で使用されている根管長測定器は，相対値法による電気的根管長測定器である。これまでの根管長測定器は，交流電流の流れ難さの程度を定量的に示すインピーダンスを測定することで，根管長の検出値（指示値）が得られてきた。この従来の根管長測定器は単一周波数でインピーダンスを測定していることから，絶対値法による根管長測定器に区分できる。この従来の根管長測定器には，根管内が出血や根管洗浄液等の湿潤根管内では検出値に誤差が生じたり，検出不能となる重大な問題があった。我々は，この問題となっている原因が電極として使用しているリーマーと血液や根管洗浄液等の電解液と接触して生じる界面インピーダンスであることを明らかにした。そして，この界面インピーダンスを除去することで，血液や根管洗浄液等の湿潤根管内でも精度良く根管長の検出値が得られる根管長測定器を開発した。
キーワード：電気的根管長測定法 , 界面インピーダンス , 周波数依存性 , 相対値法 , 根管長測定器

本稿では従来の根管長測定器の歴史的背景や相対値法

はじめにによる根管長測定器である APIT の開発過程を基に，湿歯内療法における根管治療で最も重要なことは，根管潤根管内における測定の不具合の原因となっていた界面内容物の除去や殺菌をはかるとともに，緊密な根管充填インピーダンスを相対値法でどのように除去したかと，1）が可能な根管形態を形成することとされている 。このその原理に基づいた臨床使用のポイント等を紹介する。

根管治療の困難さは，治療中にリーマー等の根管拡大器

1． 根管長測定は X 線写真から EMR の時代へ具によって根尖孔を超えて根尖周囲組織を刺激したり，従来，根管長の測定には術者の手指の感覚による方法

逆に挿入が不十分となり，根尖部根管に清掃消毒されなや測定針を根管内に挿入してその X 線写真を利用する 2い空隙を残すことで予後を不良とする点にある。したつの方法が主流であった。これらの方法のうち術者の手がって，根管治療を正しく行うためには予め根管の正確指の感覚による方法では，上顎切歯や犬歯等のような単な作業長（以下，根管長）を決定する必要がある。

純で太い根管で，根尖が完成した根尖狭窄部を明らかに

この根管長の決定には，根管内に電流を流した時に生触知できる症例ではほぼ触知が可能であるが，根尖未完じるインピーダンスを測定して根管長を測定する電気的成歯や細い根管，湾曲した根管では熟練者でも根尖狭窄

根管長測定法（以下，EMR）に基づく根管長測定器が利用部の触知が難しいとともに，術者の熟練に時間を要するされており，これまでさまざまな根管長測定器が臨床に問題があった。また，X 線写真を利用する方法では湾曲普及している。しかし，従来の根管長測定器は単一周波根管での測定誤差や患者の X 線被曝に問題があった。と数による絶対値法でのインピーダンス計測のため，出血くに，測定精度を上げるための複数回の撮影による X 線を伴う根管や根管洗浄液等の湿潤根管内での測定では根被曝に対しては医師の慎重な対応が望まれていた。これ

管長の検出値に誤差が生じたり，あるいは測定が不能とらの問題点を克服するために，1985 年に砂田は，直流電なる致命的な問題があった。この問題を解決するために，源を用いて根管内に挿入したリーマーの先端が歯根膜に我々は根管内のインピーダンスの解析を進め，出血や根到達したとき，リーマーと歯根膜との間の電気抵抗が患管洗浄液等の湿潤根管内で不具合を起こしているイン者の年齢，歯種，根管の太さにかかわらずほぼ一定の値ピーダンス（界面インピーダンス）の正体を明らかにし，を示すことを原理とした電気抵抗値測定による EMR をそれを相対値法によって除去することで根尖狭窄部の位考案した 2）。しかし，直流電源による測定では，電極と置を高精度で検出して根管長を得る根管長測定器を開発したリーマーと根管内の出血や根管洗浄液等と接触するした。

ことで，直流電流が経時的に流れなくなる分極という現（受付：令和 2 年 4 月 8 日）
〒 101 8310 東京都千代田区神田駿河台 1 8 131

象が生じ，これによって検出値が変動して正確な検出値

根管長測定器を考案した東京医科歯科大学の砂田以降，が示されないことが判明した。この分極は，リーマー電1965 年に駒村が分極現象の不具合を解決した交流電流に極の表面に電気二重層容量と電気抵抗値とで構成されるよる根管長測定器を考案している 3）。この後，臨床現場インピーダンスに起因していることが電気化学的に知らで根管長測定器の普及が加速し，井上（商品名：SONO），れており，直流電流で起こることが明らかとなっている。

砂田（商品名：Endodontic Meter），新井（商品名：Pio），

このため砂田らは，50 Hz の交流電源を利用することで長谷川（商品名：Endocater）など様々な機種が登場する

その問題の軽減を図り，これ以降に発表された根管長測ことになった 4）（図 2）。これら機種では，検出値を指針定器では交流電流を利用しての根管長測定器が臨床で使で表示させる以外に SONO のようにリーマーを歯肉に3）用されるようになった 。このように，測定電流が直流0.5 mm 接触させたときのインピーダンスを記憶させ，電流から交流電流に遷移したことで，根管長測定器がイ根管内に挿入したリーマーのインピーダンスと一致したンピーダンス法を応用した装置で，単一周波数によるイ状 態 を 根 管 長 と し， そ れ を 音 で 知 ら せ る 機 種 や，ンピーダンス計測であることから絶対値法での根管長測

400 kHz の高周波電流を使用することで浮遊容量との回定器と言われるようになった。

路構成を確立させて口腔内に対電極を置かなくても測定可能な Endocater が特徴的な機種として知られている。

その後，根管長測定器は検出精度を向上するために様々な検討が加えられ，健康保険にも採用されて普及が

EMR の発表としては，本邦では砂田が著名であるが，加速した。そして，測定時の電流疼痛，リーマー電極の世 界 的 に は 砂 田 の 発 表 よ り も 40 年 も 前 の 1918 年 に径の影響および個体差や疾患が検出値におよぼす影響な

Custer がイオン導入法の発展として，被覆ブローチと口どが検討されたが，根管内が出血や根管洗浄液等の湿潤腔内の対極間に接続したミリアンメーターを用いた根管内で検出が不能となる問題があり，それを解決する

EMR を発表している 4-6）。また，1956 年には Kjaer が交ことが臨床使用上の重大な課題とされていた。

流電流の一種である高周波電流治療器の Joulemeter を

この問題を解決するため，2 種類以上の周波数に対応用いて根管長測定が可能であるとの発表がある 4,7）。したするインピーダンスの相対的変化量から根管長の検出をがって，EMR に関しては，これまでの調査から Custer

高精度で測定できる根管長測定器が開発された。現在，が「創始者」で，砂田は「発展の礎を築いた」とした野元ら臨床で使用される根管長測定器のほとんどはこの相対値の考え 4）を覆す発表は現在のところ見当たらない。

法によるものである。

相対値法による根管長測定器は，本邦において 1984

2． EMR の歴史的背景

年に山岡が発表した「相対値法を用いた根管長測定器のEMR の歴史的背景を図 1 に示す。絶対値法での根管試作」から始まった 8）。Custer の EMR の発表から実に長測定器では，1958 年に本邦で初めての直流電流による66 年後の発表で，測定方法が絶対値法から相対値法へと

図1

EMR の歴史的背景

2

相対値法による電気的根管長測定器 APITた。この超音波計測ではリーマーの振動に縦波を利用し変革した年でもある。相対値法の開発は，齋藤，田中の9）根管長測定器開発の共同研究に端を発しており ，そのたため，真っ直ぐな根管ではリーマーと根管壁との接触

後，山岡が現在の 2 種類の周波数による相対値法の測定がさほど強固でない場合では反射波の計測が可能であっ10-16）。相対た。しかし，湾曲した根管ではリーマーと根管壁との接値法による根管長測定器の臨床使用は 1989 年に導入さ触が強固になりすぎるため，反射波の減衰が大きすぎてれた APIT からである 10）。その後，1991 年に小林らに根尖狭窄部の検出精度が 5 mm 程度でしか計測できない

よって比を用いた RootZX（モリタ）や JUSTY（ヨシダ）がことが判明した。したがって，検出精度の点から臨床使発表され，現在では様々な相対値法を利用した根管長測用に不向きであるとの結論に達した。

原理とそれに基づく根管長測定器を考案した

さらに，温度計測法では根管内外の硬組織と軟組織と定器が登場しており（図 3），この相対値法は教科書でも周知されている 1）。の温度差から根尖狭窄部を検出できないかを検討した

3． 相対値法の発想に至るまでが，温度変化の激しい口腔内環境では 0.1℃以内の高精絶対値法での根管長測定器は，ファイル先端と口腔粘度な温度検出法が必要で，根管内に挿入できる温度セン膜との間のインピーダンスがほぼ一定の値を示す事を利サーが限られ，その温度計測法自体の開発研究が必要で用している 1）。ここでインピーダンスとは，直流電流のあるなどの問題が生じた。

流れ難さを表す電気抵抗に対して交流電流の流れ難さを

このように，光計測，超音波計測，温度計測では，「根表す物理量であり，生体では主にコンデンサーと電気抵管長測定の測定装置が複雑となる」，「 高度な測定技術が抗とで構成される。我々は，この根管長測定器に利用さ必要となる」，または「測定精度が悪い」，「 開発に時間がれているインピーダンス計測法以外でも根尖狭窄部の検かかりすぎる」そして「開発コストがかかる」と言った問出が可能であると考えた。そこで，物理学計測の基本で題点から，インピーダンス計測法を再検討することとある光，超音波，そして温度を利用した根尖狭窄部の検なった。
このインピーダンス計測法の再検討では，絶対値法で出について検討を行った。
光計測では，象牙質が紫外線域で極めて微弱な蛍光をの根管長測定器が根管内に血液や根管洗浄液等が存在し発することを実験的に確認できたため，これを根尖狭窄ていないときには根管長が測れて，根管内に血液や根管部の検出に応用することを検討した。しかし，紫外線の洗浄液等が存在するときには根管長が測れないのは何故軟組織への為害性や狭小な根管内に挿入する光ファイかという問題点やそれに対する分析 17-20）に着眼し，リーバーによるプローブ開発に莫大な時間と費用がかかるたマーと対極（排唾管等）間のインピーダンス（以下，根管め，当時の技術レベルでの開発は困難であることが明ら内インピーダンス）がどのような要素で構成されているかとなった。

かを解明することとした。

また，超音波計測ではリーマーを超音波で振動させ，この根管内インピーダンスの構成要素の解明では，は根尖狭窄部を通過した後のリーマー先端が根管壁と接触じめに根管内に血液や根管洗浄液等が存在することで起しない状態，すなわちリーマー先端が開放端となった時こる根管長の検出誤差等は電解液と金属との接触で生じの反射波の違いから根尖狭窄部を検出する実験を行っる界面インピーダンスに起因することが明らかになっ

図2

図3

絶対値法による根管長測定器
参考文献 11）より引用改変

3

相対値法による根管長測定器

ンピーダンスと根管の形状に由来するインピーダンスでた。そして，根管内インピーダンスは界面インピーダン
スと根管の形状に由来するインピーダンスから構成され構成される根管内インピーダンスは，交流電流の周波数ており，これらは交流電流の流れ方から直列接続で表さによって変化する周波数依存性を示すことが実験から分れ，界面インピーダンスに大きく依存していることが解かってきた 21）。図 5 に点電極化した電極を用いて，界面明された（図 4）。したがって，この界面インピーダンスインピーダンスの影響を僅少とした根尖狭窄部でのインを除去すれば検出精度の高い根管長測定器が実現可能でピーダンス，すなわち根管の形状に由来するインピーダあるという結論に達した。

ンスのみの周波数変化に対応した測定結果を示す。低い

また，根管内インピーダンスの解明において，界面イ周波数では減少の変化が激しく，高い周波数ではその変

図4

界面インピーダンスで構成される根管内インピーダンス

図5

根管内インピーダンスの周波数依存性参考文献 14）より引用改変

4相対値法による電気的根管長測定器 APIT化は小さくなっており，1 kHz と 5 kHz では約 1.2 kΩのピーダンス値の比を得ても界面インピーダンスが除去で違いがあることが分かる。さらに，実験から界面インピーきないことは明らかである。したがって，我々は界面イダンスは 1 kHz と 5 kHz の周波数ではほぼ同じ値を示す

ン ピ ー ダ ン ス の 除 去 の た め に，1 kHz と 5 kHz の イ ンことも明らかとなった。この 1 kHz と 5 kHz の根管の形ピーダンス値の差を得て，根管の形状に由来するイン状に由来するインピーダンスの顕著な違いと界面インピーダンスの周波数に依存した相対的変化量を根管長測ピーダンスがほぼ同じ値であるという結果は，界面イン定器 APIT（以下，APIT）の指示値とした。

ピーダンスを除去するために非常に重要な結果であった。

APIT の指示値の導出を図 6 に示す。図 6 はリーマー

我々は，この実験結果を基にして界面インピーダンス電極変位に対する 1 kHz と 5 kHz の根管内インピーダンをどのように除去すべきかを他の物理量計測の測定原理スの変化を示したものである。図中，縦軸が電流表示でから解決できないかを調査していたところ，温度によっあるが，オームの法則を適用すれば根管内インピーダンて変化する蛍光体の 3 本の発光スペクトル（蛍光）の相対スの変化と等価である。

的な変化量から温度計測をする蛍光温度計の測定原理と図中のリーマー電極が歯頸部 （1）付近に位置しているめぐり会った。そして，我々はこの相対的な変化量に着場合，1 kHz と 5 kHz の根管内インピーダンスの変化は目し，これを界面インピーダンスの除去に応用できるとほぼ一定値を示している。ここで差を求めると，界面イいう考えに至った。すなわち，界面インピーダンスがンピーダンスが除去された根管の形状に由来するイン

1 kHz と 5 kHz の周波数ではほぼ同じ値を示すのであれピーダンスが得られ，電流換算値では図中の（ （5 k）− （1 k））

ば，2 つの異なる周波数の根管内インピーダンスの差でとなる。ここで，根尖狭窄部での差を歯頸部での相対量ある相対的な変化量を求めれば界面インピーダンスを除を用いて書き表すと（ （5 k）＋⊿ （5 k））−（ （1 k）＋⊿ （1 k））とな去できる発想に至った。これが相対値法の発想の原点でり，インピーダンス変化がほぼ一定値を示す歯頸部である。

1 kHz を 5 kHz と同じ値，すなわち基準値とすれば，結4． 相対値法による根管長測定器 APIT の測定原理

果として（⊿ （5 k）−⊿ （1 k））が根尖狭窄部での相対変化量

1 kHz と 5 kHz の界面インピーダンス値はほぼ同じでとなる。この（⊿ （5 k）−⊿ （1 k））の相対変化量は，前述のあるため，それぞれのインピーダンス値の差は，界面イ界面インピーダンスが 1 kHz と 5 kHz の周波数ではほぼンピーダンスが除去され，根管の形状に由来するイン同じ値を示すことを考慮すると，歯頸部から根尖狭窄部ピーダンスの周波数に依存した相対的変化量として得らまでの変位で増加する界面インピーダンスが除去されたれることは前述より理解される。また，相対的変化量と値で，歯頸部から根尖狭窄部までの変位に対する 1 kHzして比を用いた場合，構成される根管内インピーダンスと 5 kHz の根管の形状に由来するインピーダンスの変化が界面インピーダンスと根管の形状に由来するインピー量に相当することになる。

ダンスとの直列接続であるため，1 kHz と 5 kHz のイン

図6

これを電気回路として設計するには，歯頸部 （1）付近界面インピーダンスを除去する相対的変化量の導出

5

で 5 kHz と 1 kHz のインピーダンスの差を求めた値を（ファイル）径の影響。③根管内溶液の濃度による影響。

1 kHz のインピーダンスにプラスして 5 kHz と同じ値にそして④測定電流による影響について抜去歯モデルとして基準値とした後、それ以降のリーマー変位に対するAPIT Ⅲ型を用いて検証した（図 8）。

差を求めることで歯頸部から根尖狭窄部までの変位に対（1）根尖孔の大きさの影響する 1 kHz と 5 kHz の根管の形状に由来するインピーダ

図 9 は根尖孔の径をリーマー・ファイルのバンテージンスの変化量が得られるようにすればよいことになる。に併せて形成した抜去歯において，根管内を進むファイ

この基準値の設定が APIT で行われているアジャスト調ルの距離に対する指示値（メーター値）の変化である。根整である。

尖孔の径が 0.4 mm 以下では指示値の曲線が一致しておさて，APIT の開発の仕様条件では，血液や根管洗浄り，根尖孔の径によって変動がない結果であった。この

液等の根管内の環境に左右されない，すなわち界面イン結果から，根尖孔未完成歯などの根管長測定では若干のピーダンスを除去するだけではなく，①測定電流が非常注意は必要となるが，根管治療が必要となる多くが根尖に小さく，それによる疼痛がほとんど無い。②メーターの指針がリーマー（ファイル）の動きに対して追従性がよく，視認性に優れている。③チェアーサイドでの使用が可能である。④電撃事故を回避する回路構成である。そして⑤バッテリーによる低消費電流での長時間使用が可能であることが開発の仕様条件として課せられていた。
このため，図 7 に示すブロックダイアグラムの回路をCMOS IC を用いて構成し，生体に印加する交流電流を図中の 1 kHz と 5 kHz の交流電流を合成した合成波形とした。また，アジャスト調整は術者の利便性を考慮して，AUTO ZERO 回路によってワンプッシュで行えるようにした。
5． APIT はどこまで高性能か
この開発した APIT の性能評価は，絶対値法での根管長測定器と比較するため，これまでの根管長測定器で問図8題とされていた①根尖孔の大きさの影響。②リーマー

図7

APIT の合成波形とブロックダイアグラム
参考文献 10）より引用改変

6

APIT の性能評価
参考文献 14）より引用改変

相対値法による電気的根管長測定器 APIT

完成歯で根尖狭窄部の径が 0.3 mm 程度 1）であるといわれるか，あるいは若干 OVER となる傾向が認められた 22）。ているため，実用上は全く支障なく測定できると考える。

（4）測定電流による影響（2）リーマー・ファイルの径の影響

測定電流による影響では，図 12 に示すように絶対値リーマー・ファイルの径（以下，バンテージ）の影響で法での根管長測定器と比較して APIT は 2μA と極めては，図 10 の結果から K-ﬁle のバンテージによらず，全て小さい電流となっている。一般に測定電流による疼痛は，のバンテージで指示値の曲線がほぼ一致しており，根尖150 Hz の周波数では 40μA で起こり，400 Hz の周波数

狭窄部での各 K-file の指示値が約±0.2 mm の範囲内に収では 2μA でも起こらないことが報告されている 3, 23）。

束してバラツキが極めて小さい結果であった。したがっまた，電流疼痛と密接に関連する最小感知電流の大きさて，通常の臨床使用では 0.5 mm 単位でのスケールで根（生体が電流で感じる閾値）が 1 kHz から大きくなる 24）こ管治療を行っていることを考慮すれば K-file のバンテーとを考慮すると，APIT の測定電流の疼痛による影響はジの影響はほとんど無いと考えられた。

僅少であると考える。そして，これまで測定電流よる疼

（3）根管内溶液の濃度による影響

痛の報告がなされておらず，臨床現場でも高い評価を得

根管内溶液の濃度による影響を図 11 に示す。根管内ている。に生理食塩水よりも導電性が高い次亜塩素酸溶液（ヒポ6． APIT の臨床使用クロリット）を注入しても，100 倍希釈以外ほとんど指示（1）APIT の臨床使用のポイント値にバラツキがない。しかし，100 倍希釈と同じ導電性

APIT は界面インピーダンスを除去して高精度で検出が低い 3％ H2O2 や蒸留水を使用した場合では，根尖狭窄できる根管長測定器である。絶対値法での根管長測定器部を示す指示値でファイル先端が歯根表面に到達していと大きく異なる点は，これまで根管内の湿潤状態をでき

図 9 【性能評価 1】根尖孔の大きさの影響
参考文献 14）より引用改変

図 10 【性能評価 2】リーマー（ファイル）径の影響
参考文献 14）より引用改変

図 12 【性能評価 4】測定電流による影響
参考文献 14）より引用改変
図 11 【性能評価 3】根管内溶液の濃度による影響
参考文献 14）より引用改変

7

図 13

図 14

原理に基づく APIT 臨床使用のポイント
参考文献 14）より引用改変

APIT を用いた診断の応用例

るだけ回避しなければ根管長の検出精度が得られなかっ

この場合は閉鎖根管の可能性が疑われる（図 14）。しかし，たのに対して，APIT は界面インピーダンスを存在させこれら症例に対してはさらなる検証が必要なため，術者て使用することが高精度の検出につながるというこれまの経験と併せた診断が必要である。

でとは逆の発想に基づいている。したがって，臨床で使最後に相対値法による根管長測定器 APIT は，界面イ用する場合，根管内に必ず根管洗浄液等を注入して使用ンピーダンスを除去することでこれまでの根管長測定器する方が精度良く検出できるということになる。このたの問題点を解決して精度の向上を測ったが，診断支援とめ，測定時にはシリンジで生食液および次亜塩素酸溶液しては優れていても，最後は歯科医師の判断によること等を歯頸部までしっかりと注入することが望ましい。しが重要であると考える。

かし，根管から根管洗浄液が溢れた場合，電流リークに本論文は，令和元年度日本大学歯学部生涯学習講演会における発表をまとめたものであり，日本大学歯学部生涯学習講演会という栄誉ある機会を頂きましたこと，関係各位に謹んで感謝申し上げます。
なお，本論文に関して開示すべき利益相反はない。

よって検出不能が起こるため，これを防止するためにもラバーダムの装着を怠ってはならない。また，溶液を注入後、必ずリーマー・ファイルの先端を根管洗浄液等としっかり接触させることで，界面インピーダンスを生じさせ，アジャスト調整（ADJ ボタン）によって指針がアジャ

参考文献

スト目盛の位置であることを確認してから測定を開始す

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ることが臨床使用上の重要なポイントである（図 13）。
（2）臨床使用例
APIT の使用法を遵守して根管長測定を行った主な臨
床使用例では，①根尖に小豆大の膿瘍が認められ，根管内から排膿している状態でも測定可能であった。②直接抜髄で根管内から出血している状態でも測定可能であった。③根管処置歯で根管充填材のガッタパーチャーをGP ソルベントで軟化させて除去し，その後の 5％次亜塩素酸溶液中での除去をしながらの状態でも測定可能であった。④根尖未完成歯で歯冠破折により露髄している状態でも測定可能であった等の報告がなされている 14）。
また，APIT の測定では根管に穿孔または根管側枝が存在している場合，正常な指針の振れから一度戻ってから再度振れる特有な指針の振れが認められており，この現象を応用すると穿孔または根管側枝を疑うことができる。また，指針の振れが少し振れた後，根尖狭窄部に向けて進めても全くあるいは少しか振れない場合がある。

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