JP2004298503A - Optical imaging apparatus for dental checkup - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は共焦点光学系を用いて歯科検査を行う歯科検査用光イメージング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
第1の従来例としてUSパテント6179611 B1号がある。この従来例では歯科検査用のOCDR(Optical Coherence Domain Reflectometry)技術を開示している。
【0003】
また、第2の従来例として、以下の非特許文献に記載の口腔検査用の共焦点顕微鏡がある。この共焦点顕微鏡では、プローブ部が大きいため、口腔から出すことができる舌の組織や歯の外側を共焦点光学系を用いて細胞レベルで検査ができるものを開示している。
【0004】
【特許文献1】
米国特許第6179611 B1号明細書
【0005】
【非特許文献1】
W.Matthew White 「Noninvasive Imaging of Human Oral Mucosa in Vivo by Confocal Reflectance Microscopy 」Laryngoscope109:October 1999 pp1709−1716
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記第1の従来例のようなOCDRやOCTでは分解能に限界がある。つまり、共焦点顕微鏡なように細胞レベルの精度を得るのが難しい。そのため診断の能力も限界がある。
また、この第1の従来例では1次元走査のみであるため、2次元画像が得られないので診断しにくい欠点もある。
【0007】
一方、第2の従来例では、細胞レベルで検査ができるが、そのプローブ部が大きいため、口腔の中には挿入できないため、歯科検査用には難しい。特に、虫歯等や歯周病の検査に必要不可欠となる歯の裏側の歯肉検査等の歯科検査ができないという欠点がある。
【0008】
(発明の目的)
本発明は、上述した点に鑑みてなされたもので、口腔内に挿入でき、歯科検査を細胞レベルで行うことができる歯科検査用光イメージング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】
光を発生する光源と、
前記光を被検体に伝送・受光する光ガイドと、
前記光ガイドを保持し、口腔内に挿入可能なハンドヘルドプローブ部と、
前記光を共焦点条件に満たせる共焦点光学系と、
前記光を被検体に対して走査させるスキャニング手段と、
前記被検体から反射・散乱した反射・散乱光を検出する光検出手段と、
前記光検出手段が検出した信号を処理し、前記被検体の断層画像を生成する画像生成手段と、
を具備することにより、ハンドヘルドプローブ部の先端側を口腔内に挿入して歯科検査を細胞レベルで行うことができるようにしている。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
(第1の実施の形態)
図1は本発明の第1の実施の形態の歯科検査用光イメージング装置1を示す。この歯科検査用光イメージング装置1は、口腔2内に挿入され、検査部位側に光を走査する光走査プローブ3と、この光走査プローブ3が着脱可能に接続され、光走査プローブ3に光を供給すると共に、光走査プローブ3により検査部位側からの戻り光を検出して画像化する光イメージング装置本体(以下では、単に装置本体と略記)4と、この装置本体4からの映像信号を光イメージング画像として表示するモニタ5とから構成される。
【0011】
光走査プローブ3は、光を被検体側に伝送すると共に、被検体側からの戻り光を光検出手段側に伝送する光ガイド手段としての光ファイババンドル6が挿通された細長で硬質の挿入部7と、この挿入部7の後端に設けられ、術者が手で把持するハンドヘルド部(把持部)8とを有し、このハンドヘルド部8から後方側に延出された光ファイババンドル6はその後端に設けたコネクタ9が装置本体4に取り外し可能に固定される。
【0012】
また、挿入部7には、その先端に形成され、検査部位側に2次元的に光走査を行うと共に、検査部位側で反射或いは散乱された戻り光を受光する先端部11と、この先端部11の後端付近を略90度程度屈曲(湾曲)した屈曲部12とが設けてあり、この屈曲部12が設けてあるので先端部11の先端面を口腔2内に挿入した場合、口腔2の下側或いは上側の歯2aやその基端の(裏側等における)歯肉部に接触させて、容易に観察像が得られる状態に設定できるようにしている。
【0013】
また、装置本体4内には、光を発生する半導体レーザ等の光源14が設けられ、この光源14からの光は集光レンズ15aにより集光され、集光点に設けた(遮光板の)ピンホール16を通し、さらに集光レンズ15bによって集光して平行な光束にされる。
【0014】
この平行な光束はハーフミラー等のビームスプリッタ17を透過し、その光路上に配置された2次元スキャナ18の可動ミラー19により、2次元的に走査される。
【0015】
つまり、可動ミラー19は直交する2方向で図示しない駆動手段と接続され、駆動手段はスキャナ駆動回路20からの駆動信号により駆動され、駆動手段に接続された可動ミラー19は2次元的に傾動される。
【0016】
具体的には図1では駆動されていない中立状態の可動ミラー19を示しており、また、図1に示すXYZの座標系において、例えば可動ミラー19をY軸の回りで矢印Aで示すように傾動させることにより、反射光をX軸方向に光を走査し、紙面上となる軸の周りで可動ミラー19を傾動される(この場合には、可動ミラー19がそのミラー面が紙面に垂直な方向を中心としてその方向からずれるように傾動され、それを符号Bで示している)ことにより、反射光をY方向に光を走査する。
【0017】
可動ミラー19により反射された光路上には口径が大きく、焦点距離が短い集光レンズ21が配置されており、この集光レンズ21の焦点面の位置には光走査プローブ3の光ファイババンドル6の基端面が位置決めされるようにしてそのコネクタ9が固定される。
【0018】
つまり、拡大図に示すように、コネクタ9は装置本体4のコネクタ受け22に嵌合するように挿入され、段差部で軸方向の位置決めがされ、さらに細かく調整された後、図示しないネジ等で固定される。
【0019】
この場合、光ファイババンドル6を形成する光ファイバ6aは束ねられた状態でその後端(基端)はコネクタ9を形成する口金部材内に固定されている。なお、光ファイバ6aは例えば数ミクロン以下の直径のものを例えば10000〜50000程度2次元的に束ねて形成されている。この場合、束ねた形状は正方形ないし長方形にしても良いし、円形でも良い。
【0020】
このように多数の光ファイバを束ねて構成された光ファイババンドル6の基端に設けたコネクタ9をコネクタ受け22に位置決め固定することにより、光ファイババンドル6の基端面は、XY平面上に配置され、上述のように可動ミラー19が傾動走査されることにより、可動ミラー19で反射された光は、光ファイババンドル6の基端面上をXY平面を2次元的に走査し、各光ファイバ6aには一定周期で順次入射される。
【0021】
この場合、可動ミラー19の2次元的な傾動により、集光レンズ21により集光された焦点位置が焦点面上を2次元的に移動し、この移動により、焦点面に位置決めして配置された光ファイババンドル6における各光ファイバ6aに光が順次入射されることになる。光が入射された光ファイバ6aは、その光ファイバ6aにより先端側に伝送され、その先端面から出射される。
【0022】
この場合、プローブ3の先端部11はその拡大図に示すように先端部材の孔に光ファイババンドル6を構成する光ファイバ6aが固定されている。また、本実施の形態では、各光ファイバ6aの先端面にはそれぞれマイクロレンズ23が一体的に取り付けてあり、集光して光を検査部位側に出射する。
【0023】
また、マイクロレンズ23の前部はカバーガラス24で覆われ、その内側を水密構造として、洗滌水及び消毒液で簡単に洗滌及び消毒ができるようにしている。
カバーガラス24を経て検査部位側に出射された光は、検査部位側の表面付近の組織等で反射や散乱され、その一部は光を出射した光ファイバ6aにも入射される。
【0024】
光ファイバ6aに入射された光は、その基端面から出射され、集光レンズ21により集光されて可動ミラー19で反射された後、ビームスプリッタ17に入射され、その一部は反射されて集光レンズ25に導光される。
この集光レンズ25の焦点面にはフォトダイオード等の光検出器26が取り付けている。この場合、光検出器26にはピンホール状の受光部が形成されており、集光レンズ25の焦点位置に集光された光のみがピホール状の受光部で受光され、それより外れた位置の光は光検出器26で受光されない(或いは受光部に入射されない)ようになっている。
【0025】
つまり光ファイババンドル6における集光レンズ21の焦点位置となって光照射に用いられ、かつ反射光検出に用いられたその光ファイバ6aにより導光された光のみが光検出器26で受光されるようにしている。
この光検出器26で光電変換された信号は信号処理回路27に入力され、増幅等された後、A/D変換されてパーソナルコンピュータ(以下、PCと略記)28に入力される。
【0026】
PC28では入力された信号データをメモリやハードディスク等に一時、記憶し、さらにCPUは画像化する信号処理を行い、ビデオメモリに送り、このビデオメモリに格納された画像データはモニタ5に出力され、その表示画面上に光走査プローブ3による光走査で得た画像を表示する。
このPC28はスキャナ駆動回路20と接続され、スキャナ駆動回路20の動作を制御すると共に、スキャナ駆動信号と同期して画像化の処理を行う。
【0027】
このような構成の歯科検査用光イメージング装置1では、光走査プローブ3は2次元画像を得るための本数の光ファイバ6aを束ねた光ファイババンドル6で形成し、光走査プローブ3の基端のコネクタ9において、共焦点光学系を形成する集光レンズ21の焦点面上に各光ファイバ6aの基端を配置し、2次元スキャナ18による傾動走査により、焦点位置移動してその焦点位置にある光ファイバ6aに光が順次入射されるように制御すると共に、検査部位側から光ファイバ6aに入射された光を集光レンズ21により前記焦点位置の条件を満たす光のみを往路とは逆を辿るように同じ光ファイバ6aで導光して光検出器26により受光し、光電変換するようにしていることが特徴となっている。このように本実施の形態では共焦点光学系は集光レンズ21により構成されている。
【0028】
次に本実施の形態の動作を説明する。
光源14から出射された光は集光レンズ15a、15bを経て平行な光束にされた後、ビームスプリッタ17を透過し、2次元スキャナ18を構成する可動ミラー19に入射される。
【0029】
この可動ミラー19は2次元的に傾動されることにより、この可動ミラー19で反射された光は集光レンズ21の焦点面に配置された光走査プローブ3の基端面の光ファイババンドル6をXY面内でX、Y方向に走査し、その光ファイババンドル6を構成する光ファイバ6aに入射される。
【0030】
この場合、例えばX軸方向を走査した後、光はY軸方向に光ファイバ6aの直径程度だけ移動されてX軸方向に走査されるという走査が繰り返されることにより、光ファイババンドル6を構成する全ての光ファイバに光が順次入射されることにより、1フレーム分の光走査が終了し、その後は、次のフレームに相当して同様の走査が繰り返される。
光がその基端に入射された光ファイバ6aはその先端に光を伝送(ガイド)し、先端面からさらにマイクロレンズ23を経て検査部位側に出射される。
【0031】
この場合、光走査プローブ3は細長の挿入部7の先端部11の根元付近を略90度程度屈曲させた屈曲部12が設けてあるので、先端側を口腔2内に挿入できると共に、その先端面を口腔2内部の歯2aや、歯2aの裏側等に出来易い虫歯や歯周病等の検査を行おうとする歯肉部分に接触させることも容易にできる。
【0032】
そして、先端面が接触された歯肉部分等の検査部位側に光が出射されることになる。検査部位の表面付近で反射或いは散乱された光の一部は、光を出射した光ファイバ6aに入射される。
【0033】
この光は集光レンズ21により、集光され、2次元スキャナ18で反射された後、ビームスプリッタ17でその一部が反射されて、集光レンズ25に入射され、光検出器26で受光される。
【0034】
この場合、2次元スキャナ18による傾動走査されることにより焦点位置の光ファイバ6aに照射用に光が入射され、かつその光ファイバ6aにより被検体側からの(反射或いは散乱された)戻り光を受光したもののみが往路とは逆の光路を辿り、それ以外のフォーカス点以外の光ファイバで被検体側からの光を受光してもその光ファイバは集光レンズ21の共焦点条件を満たしていないので、集光レンズ25により光検出器26側に導光されてもこの光検出器26のピンホール状の受光部には入射されない。
【0035】
つまり、集光レンズ21の焦点面に配置されて、可動ミラー19の傾動により、集光レンズ21の焦点位置の光ファイバ6aに入射され、さらに検査部位側で反射された光を受光してその光ファイバ6aにより集光レンズ25側に導光された光のみが光検出器26にて受光される。このため、集光レンズ25も共焦点光学系を構成するとも言える。
換言すると、集光レンズ21の焦点位置となる光ファイバ6aで被検体側に導光したもののみが被検体側からの戻り光を光検出器26にガイドし、焦点位置にない光ファイバは光検出器26に戻り光をガイドしない。
【0036】
信号処理回路27により増幅などされた信号はA/D変換された後、PC28に入力され、駆動信号と対応付けられたアドレスのメモリ等に格納される。そして、1フレーム分が信号データにより、光ファイバ6aの配列に対応した画像データが生成され、その画像データはモニタ5に送られ、モニタ5の表示面に共焦点画像として表示される。
【0037】
本実施の形態では、細長に光走査プローブ3を形成してその先端部11を口腔2内に容易に挿入することができ、また先端部11の基端付近に屈曲部12が設けてあるので、歯2aの裏側部分の歯肉部にも先端面をアプローチでき、歯科検査に適した顕微鏡画像を得られるようにすると共に、この場合の顕微鏡画像として共焦点条件を満たす光学系を用いて分解能が高い共焦点画像を得るようにしているので、低干渉性光を用いた場合の干渉現象による分解能の場合には不可能であった細胞レベルでの顕微鏡画像(拡大画像)が得られるので、より診断が容易となる効果がある。
【0038】
図2は変形例における光走査プローブ3Bの一部を示す。この光走査プローブ3Bは、図1の光走査プローブ3において、その先端部の構造が一部異なる。
図2の拡大図に示すように、カバーガラス24に代わりに対物レンズ29を設けている。
つまり、光ファイババンドル6を構成する光ファイバ6aの先端面が焦点面となるようにして対物レンズ29が先端部材に水密的に取り付けられている。
【0039】
つまり、拡大図に示すように焦点面に配置された光ファイバ6a側から対物レンズ29に入射された光はその光ファイバ6aと共焦点関係となる焦点位置でフォーカスし、このフォーカス点Pfで反射或いは散乱された光のみが前記光ファイバ6aに入射されるようになる。
その他の構成は図1と同様である。
【0040】
本変形例によれば、各光ファイバ6aから出射された光を対物レンズ29によって集光して、フォーカス位置Pfに集光照射でき、かつそのフォーカス位置Pfで反射或いは散乱された光を効率良く対物レンズ29で集光して(光を実際に出射するのに用いた)光ファイバ6aに入射されるようにすることができる。
【0041】
つまり、本変形例によれば、図1の実施の形態の場合に比べて検査部位側に効率良く光を照射できると共に、検査部位側に照射され、反射或いは散乱された光を効率良く共焦点条件の光ファイバ6a、そlして、その光ファイバ6aにより光検出器26に導光することができる。
【0042】
従って、本変形例によれば、S/Nを向上でき、明るくかつ鮮明な共焦点画像、つまり共焦点を利用した顕微鏡画像が得られる。従って、診断もし易い画質の良い画像が得られる。
【0043】
(第2の実施の形態)
次に図3を参照して本発明の第2の実施の形態の歯科検査用光イメージング装置1Cを説明する。
図3に示す歯科検査用光イメージング装置1Cは、口腔(図示略)内に挿入され、検査部位側に光を走査する光走査プローブ3Cと、この光走査プローブ3Cが接続され、光走査プローブ3Cに光を供給すると共に、光走査プローブ3Cにより検査部位側からの戻り光を検出して画像化する装置本体4Cと、この装置本体4Cからの映像信号を光イメージング画像として表示するモニタ5とから構成される。
【0044】
光走査プローブ3Cは図1の光走査プローブ3と外形的には同じ構成であるが、光ファイババンドル6の代わりに、例えば数ミクロン以下の直径とした細いシングルモードの光ファイバ31が用いてある。また、先端部11には光走査部32が設けるようにしている。さらに光走査プローブ3Cには光走査部32に駆動信号を伝送する信号線33が挿通されている。
【0045】
つまり、この光走査プローブ3Cは、光を伝送する光ファイバ31及び信号線33が挿通された細長で硬質の挿入部7と、この挿入部7の後端に設けられ、術者が手で把持するハンドヘルド部(把持部)8とを有し、このハンドヘルド部8から後方側に延出された光ファイバ31及び信号線33は、コネクタ部34により装置本体4Cに接続される。
【0046】
また、挿入部7には、その先端に形成され、検査部位側に2次元的に光走査を行うと共に、検査部位側で反射或いは散乱された戻り光を受光する先端部11と、この先端部11の後端付近を略90度程度屈曲(湾曲)した屈曲部12とが設けてあり、この屈曲部12が設けてあるので先端部11の先端面を口腔2内に挿入した場合、口腔2の下側或いは上側の歯やその基端の歯肉部等に近接させて、容易に観察像が得られる状態に設定できるようにしている。
また、先端部11の内部には光走査部32が設けてある。
【0047】
また、装置本体4C内には、光を発生する半導体レーザ等の光源14が設けられ、この光源14からの光は図示しない集光レンズ等を介して光ファイバ35aの一端に入射され、この光ファイバ35aは途中で光カプラ36で他方の光ファイバ35bと光結合し、この光ファイバ35aの他端はコネクタ部34にて光ファイバ32と光学的に連結される。
従って、光ファイバ35aに入射された光はコネクタ部34からさらに光ファイバ31の基端に入射され、その光は先端側に導光され、図3の拡大図に示すように先端部11内に配置した光走査部32を経て検査部位側に照射される。
【0048】
光走査部32は光ファイバ31の先端面31aに対向配置された集光レンズ37と、この集光レンズ37に対向配置された反射ミラー38と、この反射ミラー38に対向配置された2次元走査を行う機能を備えたマイクロマシーンミラーとしての例えばジンバルミラー39と、このジンバルミラー39に対向配置されて、窓枠を介して先端部材に固定され、ジンバルミラー39で反射された光を検査部位側に集光照射する対物レンズ40とから構成される。
【0049】
このジンバルミラー39は信号線33を介して装置本体4C内に設けたミラー駆動回路41から、駆動信号が印加され、この駆動信号によりジンバルミラー39は2次元的に傾動され、対物レンズ40を経て検査部位側に集光照射される光は、焦点位置を2次元走査することになる。
【0050】
本実施の形態における共焦点光学系は、集光レンズ37、反射ミラー38、ジンバルミラー39、対物レンズ40により構成され、これらの光学系において、検査部位側にフォーカスしたフォーカス点Pfと光ファイバ31の先端面31aとは共焦点関係を満たす。
【0051】
つまり、図3の拡大図において、光ファイバ31の先端面31aから出射された光はフォーカス点Pfで点状にフォーカスし、またこの位置で反射又は散乱された光が対物レンズ40側に入射されると、その光は共焦点関係を満たす光ファイバ31の先端面31aに入射される。
この状態ではフォーカス点Pf以外の位置で反射又は散乱された光が、対物レンズ40側に入射されても光ファイバ31の先端面31aとは異なる位置に導光され、光ファイバ31には入射されない。従って、分解能の高い共焦点光学情報を得ることができる。
【0052】
上記光ファイバ31の先端面31aに入射された検査部位側からの戻り光は光ファイバ31の基端から光ファイバ35aの先端面に入射され、光カプラ36でその一部が光ファイバ35b側に導光され、その一方の端部に対向配置等された光検出器42により受光され、光電変換される。
【0053】
この光検出器42により光電変換された信号は信号処理回路43に入力され、増幅された後、A/D変換された信号データがPC44に入力される。このPCはミラー駆動回路41の動作を制御すると共に、このミラー駆動回路41からのミラー駆動信号が入力される。
そして、このPC44はミラー駆動回路41の駆動信号と関連付けて、信号処理回路43から入力される信号データ(画像データ)をメモリ等の情報記憶手段にに格納する。
【0054】
そして、第1の実施の形態と同様に1フレーム分の信号データから2次元画像データを生成し、モニタ5に出力し、モニタ5の表示面に共焦点画像として表示する。
本実施の形態は、第1の実施の形態とほぼ同様に分解能が高い、細胞レベルでの共焦点画像を得ることができる。
【0055】
(第3の実施の形態)
次に本発明の第3の実施の形態を図4を参照して説明する。図4は第3の実施の形態における光走査プローブ3Dを示す。この光走査プローブ3Dは図1の光走査プローブ3において、さらに光ファイババンドル6を進退移動する進退調整機構51を設けたものである。
【0056】
この光走査プローブ3Dでは、そのハンドヘルド部8の後端には、進退調整機構51を設けている。そして、この進退調整機構51を操作することにより、光走査プローブ3D内を挿通された光ファイババンドル6を進退移動し、その先端面の位置をその軸方向に移動し、観察位置となる焦点位置を調整することができるようにしている。
【0057】
図4に示すように光ファイババンドル6は挿入部7内ではチャンネル52内に移動自在に挿通され、またハンドヘルド部8内でもその中空部内を移動自在に挿通されており、進退調整機構51を構成する調整リング53を回転操作することにより光ファイババンドル6をその長手方向に移動して、その先端面の位置を移動し、焦点位置を調整可能にしている。
【0058】
拡大図に示すようにこの進退調整機構51は、ハンドヘルド部8の外筒54の後端に回転自在に取り付けられ、内側に光ファイババンドル6が挿通された調整リング53と、この調整リング53の先端側の内周面に設けたネジ部53aに螺合するネジ部を外周面に設け、内周面に光ファイババンドル6を固定した筒体状のスライダ55と、このスライダ55に設けた突片55aが係入され、光ファイババンドル6の軸方向に沿って設けたガイド溝56aを有し、外筒54の内周面に取り付けられた移動ガイド部材56とからなる。
【0059】
なお、光ファイババンドル6はハンドヘルド部8の内部でも撓みを少なく進退移動するために図4の点線で示すように挿入部7側のチャンネル12と連通する中空部を有するパイプ57内を挿通するようにしても良い。
その他は第1の実施の形態と同様の構成である。
【0060】
本実施の形態によれば、術者はハンドヘルド部8を手で把持し、その後端の調整リング53を回転することにより、その回転の向きによりスライダ55を突片55aが係入されたガイド溝56aの方向(拡大図において符号Cで示す方向)に前進或いは後退移動させることができ、スライダ55の移動によりこれに固定された光ファイババンドル6も共に移動される。
【0061】
従って、光ファイババンドル6の先端面がカバーガラス24の内側でその軸方向に進退移動し、先端面と直交する深さ方向にににおけ観察位置を調整することができる。
【0062】
例えば、先端部11の先端面を接触させた状態でその接触させた位置付近を観察位置として観察した場合、この位置とは異なるより深部側を観察しようとした場合には、調整リング53を例えば右ねじを前進させる方向に回転する操作を行い、光ファイババンドル6を前進移動させることにより、先端面を前進させて、先端面からカバーガラス24を経て検査部位側に出射される光のフォーカス位置をより深部側に移動させることができる。つまり、より深部側にフォーカスして共焦点画像を得ることができる。
【0063】
このように本実施の形態によれば、ハンドヘルド部8に光ファイババンドル6をその軸方向に進退移動する進退調整機構51を設けているので、検査部位側における観察位置をその深さ方向に可変設定することができる。
その他、第1の実施の形態と同様の効果を有する。
【0064】
図5は第1変形例の光走査プローブ3Eを示す。この光走査プローブ3Eは図4において、手動で進退移動する進退調整機構51の代わりに、スイッチ操作で進退調整する進退調整機構61を設けたものである。
【0065】
また、この進退調整機構61の付近には進退調整機構61を電気的に駆動指示する操作スイッチ62が設けてあり、この操作スイッチ62を操作することにより、その操作信号は信号線63を介して装置本体4側に設けた駆動回路に供給される。そして、駆動回路からの駆動信号で進退調整機構61を電気的に駆動できるようにしている。
【0066】
この進退調整機構61は、図5の拡大図に示すようにハンドヘルド部8の外筒54の後端面に一端が固定され、光ファイババンドル6の軸方向に伸縮可能なピエゾ素子64と、このピエゾ素子65の他端に固定され、ピエゾ素子64の伸縮に応じて光ファイババンドル6の軸方向に移動され、光ファイババンドル6を保持した保持部材65と、ピエゾ素子64に対して伸縮移動させる駆動信号(駆動電圧)を印加する指示操作を行う操作スイッチ62と、この操作スイッチ62の操作により信号線63を介してピエゾ素子64に駆動電圧を印加する駆動回路とから構成される。
【0067】
なお、操作スイッチ62には、光ファイババンドル6を軸方向に前進移動させる第1のスイッチ62aと後退移動させる第2のスイッチ62bとが設けてある。
そして、術者は移動させたい方向に対応したスイッチ操作を行うことにより、ピエゾ素子64に駆動電圧を印加してそのピエゾ素子64を伸縮できるようにしている。なお、ピエゾ素子64は例えば電圧の印加により伸びるピエゾ素子と縮むピエゾ素子を重ねて構成され、それぞれは第1のスイッチ62a及び第2のスイッチ62bが操作された場合に駆動電圧が印加されるようにしている。
【0068】
また、図示しない駆動回路は操作スイッチ62の操作時間に比例した信号を生成する積分回路を有し、この積分回路を増幅した信号をピエゾ素子64に駆動電圧として印加する。
【0069】
従って、術者は操作スイッチ62を長く押しているとその時間に略比例して光ファイババンドル6の先端面を前進或いは後退移動できる。
本変形例によれば、術者は単にスイッチを押す操作で観察位置を可変設定することができる。つまり、図4の場合よりも簡単な操作で深さ方向における観察位置を可変設定することができる。
【0070】
図6は第2変形例における装置本体に設けた駆動回路71の構成を示す。この駆動回路71は図6において、自動調整スイッチ(62cとする)をさらに追加して設けた操作スイッチ62を有する光走査プローブに対応した駆動信号を発生する。
【0071】
図6に示すように、第1のスイッチ62aの操作信号は積分回路72aに入力されると共に、制御動作を行うCPU73に入力される。また、第2のスイッチ62bの操作信号は積分回路72bに入力されると共に、制御動作を行うCPU73に入力される。
【0072】
また、積分回路72a及び72bで積分された信号はそれぞれ増幅回路74a及び74bを経てピエゾ素子64(の伸張用ピエゾ素子及び収縮用ピエゾ素子)に出力される。
また、CPU73は操作信号が入力されなくなると、積分回路72a及び72bをリセットとする。
【0073】
これまでの説明が図5の進退調整機構61に対する駆動回路としての機能を持ち、第2変形例ではさらに自動調整スイッチ62cが操作された場合には、その操作信号をCPU73は検出すると、その操作信号に対応した制御動作を行うようになる。
【0074】
この場合、CPU73は図1に示した信号処理回路27から例えば1フレーム分の信号データを、複数のハイパスフィルタ75a〜75cを経て取り込み、その高周波成分の周波数分布の情報を得る。
次に、CPU73は例えば積分回路72aに積分させる信号を出力する。この信号は積分された後、増幅回路74aで増幅された後、ピエゾ素子64(の伸張用ピエゾ素子)に出力される。
【0075】
そして、この状態で、CPU73は信号処理回路27から例えば1フレーム分の信号データを、複数のハイパスフィルタ75a〜75cを経て取り込み、その高周波成分の周波数分布の情報を得る。そして、最初に取り込んだ情報と高周波成分の分布特性の比較を行う。そして、高周波成分がより増大した場合には、この動作(つまり、駆動電圧をより大きくして同じ動作)を繰り返す。
【0076】
そして、以前のフレームにおける高周波成分の分布特性の比較を行い、高周波成分が同じとなる状態に達したら、積分回路72aに積分用に信号を出力することを停止する。
【0077】
一方、積分回路72aに積分させる信号を出力して、その状態での高周波成分の分布特性が最初に取り込んだ情報よりも減少した場合には、CPU73は積分回路72bに積分させる信号を出力して、その状態での高周波成分の分布特性が最初に取り込んだ情報と比較する。そして、高周波成分がより増大した場合には、この動作(つまり、駆動電圧をより大きくして同じ動作)を繰り返す。
そして、以前のフレームにおける高周波成分の分布特性の比較を行い、高周波成分が同じとなる状態に達したら、積分回路72bに積分用に信号を出力することを停止する。
【0078】
このような制御動作を行うことにより、最も高周波成分が多い画像情報が得られる状態、つまり細胞レベルでの輪郭が最も鮮明となるフォーカス状態に近い観察状態に自動的に設定することができる。
【0079】
次に図7を参照して第3変形例における光走査プローブ3Fを説明する。図7に示すように第3変形例における光走査プローブ3Fは、図3に示した光走査プローブ3Cにおいて、先端部11の光走査部32には、さらに対物レンズ40をその光軸方向に移動調整する調整機構を設けた光走査部80とすると共に、ハンドヘルド部8には調整機構の操作指示を行う操作スイッチ81を設けている。
【0080】
図7の拡大図に示すようにこの光走査部80では光走査部32におけるジンバルミラー39に対向配置された対物レンズ40は、レンズ保持部材83で保持され、このレンズ保持部材83はピエゾ素子84の一端に固定され、このピエゾ素子84の他端はピエゾ素子保持部材85を介して先端部11の外装部材内壁に固定されている。
なお、対物レンズ40の直前の光学窓はカバーガラス86で水密的に覆われている。
【0081】
また、ピエゾ素子84は、このピエゾ素子84を伸縮させる駆動電圧を印加する信号線87の一端が接続され、この信号線87は、ジンバルミラー39を駆動するための信号線33と共に、プローブ3F内を挿通され、またハンドヘルド部8の操作スイッチ81に接続された信号線などと共に、装置本体に接続されるようにしている。
【0082】
そして、操作スイッチ81を操作することにより、ピエゾ素子84を対物レンズ40の光軸方向に伸縮させることができ、この伸縮により対物レンズ40は光軸方向に移動される。
【0083】
そして、フォーカス点Pf(焦点面)を対物レンズ40の光軸方向、つまり検査部位の深さ方向に可変設定できるようにして、先端部11の先端面、この場合にはカバーガラス84を検査部位に接触させた場合、(可変設定できない状態における)その接触させた面から短い一定の距離が焦点面となる状態から、可変幅の範囲内で焦点面の距離位置を可変設定ができるようにしている。
【0084】
従って、先端部11の先端面を検査部位側に接触させて観察状態をふらつかないように固定した場合、その状態では鮮明に観察できる距離は規定された状態となるが、操作スイッチを操作することにより、深さ方向に焦点面の位置を可変設定できるので、術者はより検査部位側の深さ方向に対する所望とする深さ位置に焦点面を設定して共焦点画像を得ることができる。
【0085】
本変形例によれば、図3の実施の形態の作用効果の他に、焦点面の位置を検査部位の深さ方向に可変設定して、所望とする深さ位置にフォーカスして鮮明な共焦点画像を得ることができる。
【0086】
[付記]
1.請求項1においては、前記光ガイドがファイババンドルであることを特徴とする。
2.付記1においては、前記ファイババンドルの出射端に、ファイバ毎にマイクロレンズが設けてあることを特徴とする。
3.付記1又は2において、さらに前記ファイババンドルの出射端に対向して対物レンズが設けてあることを特徴とする。
【0087】
4.付記1においては、前記光スキャニング手段を前記ファイババンドルの入射端に設けることを特徴とする。
5.請求項1において、前記ハンドヘルドプローブ部は手で把持するためのハンドヘルド部と、口腔内に挿入する挿入部と有することを特徴とする。
6.付記5において、前記挿入部の先端側に口腔内の歯肉部分にアプローチし易い屈曲した屈曲構造にしてあることを特徴とする。
【0088】
7.請求項2においては、前記進退調整機構が手動による調整機構であることを特徴とする。
7.請求項2において、前記進退調整機構がスイッチ操作による電動調整機構であることを特徴とする。
8.請求項2において、前記進退調整機構が自動調整機構であることを特徴とする。
【0089】
9.請求項2において、前記進退調整機構が前記ハンドヘルドプローブ部先端に設けてあることを特徴とする。
10.請求項2において、前記進退調整機構が前記ハンドヘルドプローブ部の先端以外の部分に設けてあることを特徴とする。
11.請求項1において、前記ハンドヘルドプローブ部は光ガイドとしてのシングルモードファイバと、先端部内に設けた光スキャニング手段とを有することを特徴とする。
【0090】
12.付記11においては、前記光スキャニング手段がマイクロマシンミラーであることを特徴とする。
13.付記11において、前記光スキャニング手段が二次元走査ミラーであることを特徴とする。
【0091】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、光を発生する光源と、
前記光を被検体に伝送・受光する光ガイドと、
前記光ガイドを保持し、口腔内に挿入可能なハンドヘルドプローブ部と、
前記光を共焦点条件に満たせる共焦点光学系と、
前記光を被検体に対して走査させるスキャニング手段と、
前記被検体から反射・散乱した反射・散乱光を検出する光検出手段と、
前記光検出手段が検出した信号を処理し、前記被検体の断層画像を生成する画像生成手段と、
を具備しているので、ハンドヘルドプローブ部の先端側を口腔内に挿入して歯肉検査等を細胞レベルで行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の歯科検査用光イメージング装置の全体構成を示す構成図。
【図2】変形例における光走査プローブの構成図。
【図3】本発明の第2の実施の形態の歯科検査用光イメージング装置の全体構成を示す構成図。
【図4】本発明の第3の実施の形態における光走査プローブの構成を示す図。
【図5】第1変形例における光走査プローブの構成を示す図。
【図6】第2変形例における駆動回路の構成を示すブロック図。
【図7】第3変形例における光走査プローブの構成を示す図。
【符号の説明】
1…歯科検査用光イメージング装置
2…口腔
3…光走査プローブ
4…装置本体
5…モニタ
6…光ファイババンドル
6a…光ファイバ
7…挿入部
8…ハンドヘルド部
9…コネクタ
11…先端部
12…屈曲部
14…光源
16…ピンホール
17…ビームスプリッタ
18…2次元スキャナ
19…可動ミラー
20…スキャナ駆動回路
21…集光レンズ
22…コネクタ受け
23…マイクロレンズ
25…集光レンズ
26…光検出器
27…信号処理回路
28…PC[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical imaging device for dental inspection that performs a dental inspection using a confocal optical system.
[0002]
[Prior art]
As a first conventional example, there is US Pat. No. 6,179,611 B1. This conventional example discloses an OCDR (Optical Coherence Domain Reflectometry) technique for dental examination.
[0003]
As a second conventional example, there is a confocal microscope for oral examination described in the following non-patent document. This confocal microscope discloses that the probe part is large, so that the tissue of the tongue and the outside of the teeth, which can be taken out of the oral cavity, can be examined at the cell level using a confocal optical system.
[0004]
[Patent Document 1]
US Pat. No. 6,179,611 B1
[0005]
[Non-patent document 1]
W. Matthew White, "Noninvasive Imaging of Human Oral Mucosa in Vivo by Confocal Reflectance Microscopy", Laryngoscope 109: October 1991, October 17, 1999
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the OCDR and OCT as in the first conventional example, there is a limit in resolution. That is, it is difficult to obtain cell-level accuracy as in a confocal microscope. Therefore, the ability of diagnosis is also limited.
Further, in the first conventional example, since only one-dimensional scanning is performed, a two-dimensional image cannot be obtained, so that there is a disadvantage that diagnosis is difficult.
[0007]
On the other hand, in the second conventional example, the test can be performed at the cell level, but it is difficult to insert into the oral cavity because the probe portion is large, so that it is difficult for a dental test. In particular, there is a disadvantage that dental examinations such as gingival examination on the back side of the teeth, which are indispensable for examination of caries and periodontal disease, cannot be performed.
[0008]
(Object of the invention)
The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide an optical imaging apparatus for dental examination that can be inserted into an oral cavity and can perform dental examination at a cellular level.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
A light source for generating light,
A light guide for transmitting and receiving the light to the subject,
Holding the light guide, a handheld probe unit that can be inserted into the oral cavity,
A confocal optical system capable of satisfying the light in a confocal condition,
Scanning means for scanning the subject with the light,
Light detection means for detecting the reflected and scattered light reflected and scattered from the subject,
An image generation unit that processes a signal detected by the light detection unit and generates a tomographic image of the subject,
Is provided so that the distal end side of the handheld probe unit is inserted into the oral cavity so that dental examination can be performed at the cellular level.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First Embodiment)
FIG. 1 shows an optical imaging apparatus 1 for dental inspection according to a first embodiment of the present invention. The optical imaging apparatus 1 for dental inspection is inserted into the oral cavity 2, and the optical scanning probe 3 that scans light on the inspection site side, and the optical scanning probe 3 is detachably connected. An optical imaging device main body (hereinafter simply referred to as the device main body) 4 for supplying and supplying the light returned from the inspection site by the optical scanning probe 3 to form an image, and a video signal from the device
[0011]
The optical scanning probe 3 has an elongated and hard insertion portion into which an
[0012]
Further, the
[0013]
Further, a
[0014]
This parallel light beam passes through a
[0015]
That is, the
[0016]
Specifically, FIG. 1 shows the
[0017]
A condensing
[0018]
That is, as shown in the enlarged view, the
[0019]
In this case, the rear end (base end) of the
[0020]
By positioning and fixing the
[0021]
In this case, the two-dimensional tilt of the
[0022]
In this case, as shown in the enlarged view of the
[0023]
The front of the
The light emitted to the inspection site side via the
[0024]
The light incident on the
A
[0025]
In other words, only the light guided by the
The signal photoelectrically converted by the
[0026]
The
The
[0027]
In the optical imaging apparatus 1 for dental inspection having such a configuration, the optical scanning probe 3 is formed by an
[0028]
Next, the operation of the present embodiment will be described.
The light emitted from the
[0029]
When the
[0030]
In this case, for example, after scanning in the X-axis direction, light is moved in the Y-axis direction by the diameter of the
The
[0031]
In this case, since the optical scanning probe 3 is provided with the
[0032]
Then, light is emitted to the inspection site side such as the gingival portion where the tip end surface is in contact. Part of the light reflected or scattered near the surface of the inspection site is incident on the
[0033]
This light is condensed by a condensing
[0034]
In this case, light is incident on the
[0035]
That is, the
In other words, only the light guided to the subject side by the
[0036]
The signal amplified by the
[0037]
In the present embodiment, since the light scanning probe 3 is formed to be elongated, the
[0038]
FIG. 2 shows a part of an
As shown in the enlarged view of FIG. 2, an
That is, the
[0039]
That is, as shown in the enlarged view, light incident on the
Other configurations are the same as those in FIG.
[0040]
According to this modification, the light emitted from each
[0041]
That is, according to the present modification, light can be efficiently radiated to the inspection site side as compared with the embodiment of FIG. 1, and the light radiated and reflected or scattered to the inspection site side can be efficiently confocal. The
[0042]
Therefore, according to this modification, the S / N can be improved, and a bright and clear confocal image, that is, a microscope image using confocal can be obtained. Therefore, an image with good image quality that can be easily diagnosed is obtained.
[0043]
(Second embodiment)
Next, a dental inspection optical imaging apparatus 1C according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The optical imaging apparatus 1C for dental inspection shown in FIG. 3 is inserted into an oral cavity (not shown), and an
[0044]
The
[0045]
That is, the
[0046]
Further, the
Further, an
[0047]
A
Therefore, the light incident on the optical fiber 35a is further incident on the proximal end of the
[0048]
The
[0049]
A drive signal is applied to the
[0050]
The confocal optical system according to the present embodiment includes a
[0051]
That is, in the enlarged view of FIG. 3, light emitted from the distal end surface 31a of the
In this state, even if the light reflected or scattered at a position other than the focus point Pf is incident on the
[0052]
The return light from the inspection site incident on the distal end surface 31a of the
[0053]
The signal photoelectrically converted by the
The
[0054]
Then, similarly to the first embodiment, two-dimensional image data is generated from one frame of signal data, output to the monitor 5, and displayed on the display surface of the monitor 5 as a confocal image.
In the present embodiment, it is possible to obtain a confocal image at a cell level having a high resolution almost similarly to the first embodiment.
[0055]
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows an
[0056]
In the
[0057]
As shown in FIG. 4, the
[0058]
As shown in the enlarged view, the advance /
[0059]
The
Other configurations are the same as those of the first embodiment.
[0060]
According to the present embodiment, the surgeon grasps the hand-held
[0061]
Therefore, the distal end surface of the
[0062]
For example, in the case where the vicinity of the contacted position is observed as the observation position in a state where the distal end surface of the
[0063]
As described above, according to the present embodiment, since the hand-held
The other effects are the same as those of the first embodiment.
[0064]
FIG. 5 shows an optical scanning probe 3E according to a first modification. The optical scanning probe 3E is provided with an advance /
[0065]
An
[0066]
As shown in the enlarged view of FIG. A drive that is fixed to the other end of the
[0067]
The
Then, the surgeon performs a switch operation corresponding to the direction to be moved, thereby applying a drive voltage to the
[0068]
The drive circuit (not shown) has an integration circuit that generates a signal proportional to the operation time of the
[0069]
Therefore, when the operator presses the
According to this modification, the operator can variably set the observation position by simply pressing the switch. That is, the observation position in the depth direction can be variably set by a simpler operation than in the case of FIG.
[0070]
FIG. 6 shows a configuration of a
[0071]
As shown in FIG. 6, an operation signal of the first switch 62a is input to an integration circuit 72a and also to a
[0072]
The signals integrated by the
When no operation signal is input, the
[0073]
The description so far has a function as a drive circuit for the forward / backward adjusting
[0074]
In this case, the
Next, the
[0075]
Then, in this state, the
[0076]
Then, the distribution characteristics of the high-frequency components in the previous frame are compared, and when the high-frequency components reach the same state, the output of the signal for integration to the integration circuit 72a is stopped.
[0077]
On the other hand, the
Then, the distribution characteristics of the high frequency components in the previous frame are compared, and when the high frequency components reach the same state, the output of the signal for integration to the
[0078]
By performing such a control operation, it is possible to automatically set the observation state close to the focus state where the image information with the highest frequency component is obtained, that is, the outline at the cell level is the sharpest.
[0079]
Next, an
[0080]
As shown in the enlarged view of FIG. 7, in the
The optical window immediately before the
[0081]
The
[0082]
Then, by operating the
[0083]
Then, the focus point Pf (focal plane) can be variably set in the direction of the optical axis of the
[0084]
Therefore, when the distal end surface of the
[0085]
According to this modification, in addition to the operation and effect of the embodiment of FIG. 3, the position of the focal plane is variably set in the depth direction of the inspection part, and the desired depth position is focused so that a clear image is obtained. A focused image can be obtained.
[0086]
[Appendix]
1. In claim 1, the light guide is a fiber bundle.
2. Appendix 1 is characterized in that a microlens is provided for each fiber at the emission end of the fiber bundle.
3. Appendix 1 or 2, wherein an objective lens is further provided opposite to the emission end of the fiber bundle.
[0087]
4. Appendix 1 is characterized in that the optical scanning means is provided at an incident end of the fiber bundle.
5. In claim 1, the hand-held probe unit has a hand-held unit to be gripped by hand and an insertion unit to be inserted into an oral cavity.
6. Appendix 5 is characterized in that a bent structure is provided on the distal end side of the insertion portion so as to easily approach a gingival portion in an oral cavity.
[0088]
7. According to a second aspect of the present invention, the advance / retreat adjustment mechanism is a manual adjustment mechanism.
7. According to a second aspect of the present invention, the advance / retreat adjustment mechanism is an electric adjustment mechanism operated by a switch.
8. In claim 2, the advance / retreat adjustment mechanism is an automatic adjustment mechanism.
[0089]
9. According to a second aspect, the advance / retreat adjusting mechanism is provided at a tip of the handheld probe unit.
10. In Claim 2, the advance / retreat adjusting mechanism is provided at a portion other than the tip of the handheld probe portion.
11. In the first aspect, the handheld probe unit has a single mode fiber as a light guide, and light scanning means provided in a distal end portion.
[0090]
12.
13.
[0091]
【The invention's effect】
According to the present invention as described above, a light source that generates light,
A light guide for transmitting and receiving the light to the subject,
Holding the light guide, a handheld probe unit that can be inserted into the oral cavity,
A confocal optical system capable of satisfying the light in a confocal condition,
Scanning means for scanning the subject with the light,
Light detection means for detecting the reflected and scattered light reflected and scattered from the subject,
An image generation unit that processes a signal detected by the light detection unit and generates a tomographic image of the subject,
Therefore, the tip side of the hand-held probe can be inserted into the oral cavity to perform gingival examination or the like at a cellular level.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an overall configuration of an optical imaging device for dental inspection according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of an optical scanning probe in a modified example.
FIG. 3 is a configuration diagram showing an entire configuration of an optical imaging device for dental inspection according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of an optical scanning probe according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of an optical scanning probe according to a first modification.
FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration of a drive circuit according to a second modification.
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of an optical scanning probe according to a third modification.
[Explanation of symbols]
1. Optical imaging device for dental examination
2. Oral cavity
3. Optical scanning probe
4 ... Main unit
5. Monitor
6. Optical fiber bundle
6a: Optical fiber
7. Insertion part
8. Handheld unit
9… Connector
11 ... tip
12 ... Bend
14. Light source
16 ... Pinhole
17 ... Beam splitter
18. Two-dimensional scanner
19 ... Movable mirror
20 ... Scanner drive circuit
21 ... Condensing lens
22… Connector receiver
23 micro lens
25 ... Condensing lens
26 ... Photodetector
27 ... Signal processing circuit
28 ... PC
Claims (3)
前記光を被検体に伝送・受光する光ガイドと、
前記光ガイドを保持し、口腔内に挿入可能なハンドヘルドプローブ部と、
前記光を共焦点条件に満たせる共焦点光学系と、
前記光を被検体に対して走査させるスキャニング手段と、
前記被検体から反射・散乱した反射・散乱光を検出する光検出手段と、
前記光検出手段が検出した信号を処理し、前記被検体の断層画像を生成する画像生成手段と、
を具備することを特徴とする歯科検査用光イメージング装置。A light source for generating light,
A light guide for transmitting and receiving the light to the subject,
Holding the light guide, a handheld probe unit that can be inserted into the oral cavity,
A confocal optical system capable of satisfying the light in a confocal condition,
Scanning means for scanning the subject with the light,
Light detection means for detecting the reflected and scattered light reflected and scattered from the subject,
An image generation unit that processes a signal detected by the light detection unit and generates a tomographic image of the subject,
An optical imaging device for dental examination, comprising:
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