JP2879003B2 - 画像計測装置 - Google Patents

画像計測装置

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JP2879003B2
JP2879003B2 JP7298447A JP29844795A JP2879003B2 JP 2879003 B2 JP2879003 B2 JP 2879003B2 JP 7298447 A JP7298447 A JP 7298447A JP 29844795 A JP29844795 A JP 29844795A JP 2879003 B2 JP2879003 B2 JP 2879003B2
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元博 武田
史 宇佐
浩志 石幡
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、歯ないし歯肉の画
像を計測する画像計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】虫歯の検出、診断は歯科治療において最
も重要、不可欠なものであり、従来一般にはＸ線写真に
よる診断が行なわれている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ｘ線は
生体組織に対して好ましくない種々の影響を与える危険
性があり、安全性の見地から検査施行上の条件が厳しく
なりつつある。それにもまして、Ｘ線検査をもってして
も初期う蝕の検出は困難である。Ｘ線撮影は２次元的な
透過像をとらえるものであるが、分解能が上がらず、Ｘ
線で判るようなう歯は末期的なものであり、う歯の早期
発見には不向きである。
【０００４】また断層像計測に関してはＸ線のスキャン
を口腔内で行なうことは不可能に近く、また無理矢理行
なった場合の放射線障害を考えるとき口腔内の歯などの
Ｘ線ＣＴ像はいっそう考えにくい。本発明は、上記の実
情に鑑みたものであって、レーザ光に対するう蝕歯質と
健全歯質の光学的特性差を利用して、組織損傷や痛みを
与えない程度の微弱なレーザを歯ないし歯肉へ照射する
ことにより虫歯を極めて短時間で確実安全に検出するこ
とができる、レーザ光照射を応用した画像計測装置を提
供する点に目的を有する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の画像計測装置は、所定の波長の光を射出する光源を
備え、該光源からの射出光を用いて、光ヘテロダイン法
により、歯ないし歯肉の透過光による画像を得ることを
特徴とする。ここでは、上記光源として、５００ｎｍ以
上５６０ｎｍ未満の範囲内の少なくとも１つの波長の光
を射出するものが採用される。
【０００６】具体的には、上記光源として、５１４．５
ｎｍの波長の光を射出するＡｒレーザあるいは、第２高
調波である５３０ｎｍの波長の光を射出するＹＡＧレー
ザを採用することができる。
【０００７】また上記光源に加え、その光源と切換えて
用いられる６００ｎｍ以上９００ｎｍ未満の範囲内の少
なくとも１つの波長の光を射出する第２の光源を備える
ことも好ましい態様である。本発明の画像計測装置を実
際に構成するにあたっては、被測定体が歯ないし歯肉で
あることから、上記光源からの射出光を口腔内に伝送す
る第１の光ファイバと、歯ないし歯肉の透過光を口腔外
に伝送する第２の光ファイバを備えることが好ましい。
【０００８】あるいは、上記光源からの射出光を伝送す
る第１の光ファイバと、歯ないし歯肉の透過光を口腔外
に伝送する第２の光ファイバとを備え、第１の光ファイ
バの射出端および第２の光ファイバの入射端のうちのい
ずれか一方が口腔内、いずれか他方が顔面外部に配置さ
れるものであってもよい。歯ないし歯肉を透過する光を
用いて２次元透過像あるいはＣＴ像を得ようとする場
合、問題となるのは、生体が顕著な散乱体であることで
ある。従来の撮像定理に基づいて２次元透過像あるいは
ＣＴアルゴリズムを適用しようとすると、照射した光が
歯においてさまざまな方向に散乱を受けて発散する中か
ら、前方散乱を次々に受けながら直進していく、「みか
けの透過直進光成分」を的確に選別し検出することが不
可欠の条件となる。
【０００９】各種の受光法の中で、鋭い指光性と高い検
出感度を合せ持つ光ヘテロダイン検出法は、この目的に
最適の技術といえる。このような系においては被測定体
を透過した信号が、その被測定体を透過する際に大きな
散乱や吸収による減衰を受けた微弱光であったとして
も、検出される信号（ＩＦ記号）は信号光と参照光の振
幅の積に比例するため、参照光強度の最適化により、量
子限界に及ぶ高感度特性が実現される。
【００１０】また光ヘテロダイン検出法では、重ね合せ
る両光ビームの波面と偏光面が一致しないとヘテロダイ
ン検出効率が顕著に低下するため、上述の「みかけの透
過直進光成分」だけを選択できる鋭い指光性を備えてい
る。この光ヘテロダイン検出法を生体試料に対する光Ｃ
Ｔ装置に実現しようとする試みが、特開平２−１１０３
４５号公報、特開平２−１１０３４６号公報、特開平２
−１５０７４７号公報、特開平３−１１１７３７号公報
号に開示されている。
【００１１】ところで、生体に照射してその透過光を受
光するためには、当然ながら、生体を透過する波長の光
でなければならない。図１は、光の波長に対する、生体
による光の透過率を示すグラフ、図２は、種々の波長の
光を用いて、歯および歯肉の画像を計測したときのコン
トラストを示すグラフである。
【００１２】図１のグラフからわかるように生体による
光の透過率は赤外ほど良好であり、生体に光を照射して
その透過光を計測する分野においては、６００ｎｍ〜１
３００ｎｍの波長域の光が、生体が光を透過させるとい
う意味で「生体の窓」と呼ばれているように、６００ｎ
ｍ〜１３００ｎｍの波長域の光を使うのか従来の常識で
ある。
【００１３】ところが、本発明者が歯や歯肉について調
べた結果、少なくとも歯ないし歯肉については、図２に
示すように、画像のコントラストの点では５００ｎｍ〜
６００ｎｍ、特に５００ｎｍ〜５６０ｎｍ（いわゆる緑
の波長領域）の波長の光が好適であることが判明した。
この緑の波長領域は図１に示すように光の透過率が低い
ので、その分大きな光量の光を用いる必要があるが、コ
ントラストが良好なことから歯ないし歯肉の画像計測に
は緑の波長領域の光を用いることが好ましい。
【００１４】尚、４８８ｎｍの波長の光でも試みたが、
透過率が低過ぎ、必要な光量が確保できず、画像計測を
行うことはできなかった。図３は、光の波長に対する血
液のヘモグロビンの吸収率を示すグラフである。血液は
歯および歯肉にも流れ込んでおり、その血流のヘモグロ
ビンは、図３に示すように、６５０ｎｍ〜９００ｎｍ
（以下、近赤外域と呼ぶ）の波長領域での吸収が少ない
ことが知られている。したがって、この近赤外域の光を
用いると、上述の緑の波長領域の光を用いて得られた画
像とは別の情報を担持した画像を得ることができ、した
がって緑の波長領域の光を射出する光源と、近赤外域の
光を射出する第２の光源との双方を備え、そられにより
得られた画像を比較することにより、歯ないし歯肉に対
するより多くの情報を得ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。図４は、光ヘテロダイン検出法の一例を示す
模式図である。この光ヘテロダイン検出法は、可干渉性
のすぐれた、例えばレーザビーム１ａを射出する光源１
を用い、例えば図４のようにマッハツェンダー形干渉計
として構成された第１のビームスプリッタ２によりレー
ザビーム１ａを２分し、第１の光路２ａには光の周波数
をシフトする、例えばＡＯＭ等の光学素子３を用いてレ
ーザビーム１ａの周波数をシフトすることにより参照ビ
ームとし、第２の光路２ｂには、この例ではミラー４で
反射された位置にサンプル５を置き、これを透過した光
を信号光ビームとし、第２のビームスプリッタ６におい
て、サンプル５を透過した信号光ビームと、光学素子３
により周波数シフトされミラー７で反射された参照ビー
ムとの２つのビームを、それら２つのビームの光軸が完
全に一致するように精密に混合する。
【００１６】この光混合（重ね合せ）による干渉現象に
より光検出器８からは信号光ビームの周波数と参照ビー
ムの周波数との差の周波数に対応する電気信号（ＩＦ信
号）が検出される。本発明はこのような光ヘテロダイン
検出法を歯の２次元透過画像、さらには光ＣＴ像の計測
に適用し診断に役立つ装置を提供するものである。
【００１７】図５は、図４に示す光ヘテロダイン検出法
を、歯ないし歯肉の画像計測に適用した画像計測装置の
一例を示す構成図である。人間の口腔付近の狭い空間に
上述の光ヘテロダイン検出法を適用するには、空間にレ
ーザビームを伝播させる空間伝播系よりも、図５に示す
ような、光ファイバにより伝播させる光ファイバ伝播系
が望ましい。
【００１８】レーザ１１から射出されたレーザビーム１
１ａは光学系１２を介してファイバ１３に入射される。
図４でのビームスプリッタ２に相当する光学素子はファ
イバカップラ１４であり、ここで２分された一方の光
は、さらに光ファイバ１５を経由し、周波数シフタ１６
で周波数シフトを受け参照光となり、光ファイバ１７を
経由して第２の光ファイバカプラ１８に入射する。他の
一方の光は光ファイバ１９の可撓性により口腔内に伝播
され被測定体（歯１００）に照射される。被測定体（歯
１００）の透過光は再び光ファイバ２０により口腔外に
取り出され、信号光として第２のファイバカプラ１８に
おいて参照光と光混合される。この結果、光検出器２１
からは電気信号（ＩＦ信号）が高感度で検出される。
【００１９】図６，図７は、図２に示す画像計測装置に
おける、口腔内で歯ないし歯肉に光を照射してその透過
光を取り出す部分（測定ヘッド部）の基本的構造を示
す、それぞれ側面図、図６の矢印Ａ−Ａに沿う断面図で
ある。１本の光ファイバ１９が口腔内に導かれ出射光学
系３１を介して被測定体（歯１００、歯肉１０１）に向
けられ、透過光は、出射光学系３１に対向して配置され
た、出射光学系３１と同様の構造の整合光学系３２で光
ファイバ２０に導入され口腔外に運ばれる。光ファイバ
１９，２０と空間との間に介在する光学系３１，３２は
ロッドレンズ系やマイクロレンズ系等により構成され
る。このとき上述の光ファイバ１９，２０は、基体２３
に対して可動のファイバ保持体３４に保持されている。
基体３３は、口腔内への固定部品３６により、測定対象
となる歯あるいは歯肉の近辺の歯あるいは歯肉に、それ
らを挟み込む形で固定される。
【００２０】マイクロモータ３５に信号を送ることによ
り、ファイバ保持体３４は基体３３に対して微小回転す
ることができる。ファイバ保持体３４の１つの角度姿勢
についてファイバ保持体３４の上で対向ファイバ１９，
２０ペアを平行移動させる、図示しない平行移動手段を
備えれば、ＣＴ像の形成に必要な透過率データを、光ヘ
テロダイン検出系により取得することもできる。
【００２１】図８、図９は、図６、図７に示すファイバ
保持体に相当する部材のみを示した模式図であり、ファ
イバ保持体に取り付けられたファイバの本数を１対では
なく複数対にしたものである。図８は複数のファイバ４
１を一列に並べたもの、図９は複数本のファイバ４１
を、いわゆるファイババンドル状に取り付けたものであ
る。
【００２２】すなわち図８では８対のファイバ対向系が
直線状に、図９では３０対のファイバ対向系が面状に配
置されており、１つの角度姿勢についてそれぞれ８点お
よび３０点の透過率データを取得することができる。こ
の場合、図６、図７を参照して説明したファイバ保持体
３４の上での対向ファイバペアの平行移動手段は備えな
くてもよく、ＣＴ像形成に必要なデータ取得速度がそれ
ぞれ８倍、３０倍に向上する。
【００２３】図１０は、図９の３０対の対向ファイバペ
アの照射側を１つの平行ビームとし、透過光については
図９に示した３０本の光ファイバ４１からなるファイバ
ハンドルを用いたものの概念図である。これによれば、
照射レーザ出力の利用効率は低下するが、照射側の光学
系が単純化できる利点がある。図１０において光ファイ
バ１により伝播されたレーザ光は出射光学系４４により
拡大され被測定体（歯１００等）に照射され、その透過
光は整合のための光学系４３を経由して受光側光ファイ
バ４２に入射され信号処理系へ伝送される。
【００２４】図８〜図１０に示した、複数本の光ファイ
バ４１により伝送された複数個の信号光は、図１１に示
すように、光ファイバ系における光スイッチ５１で順次
切り換えて光ファイバ４２に入力し、ファイバカプラ１
８へ導き、このファイバカプラ１８では光ファイバ１７
により伝送されてきた参照光と光混合され光検出器２１
で受光されて、複数本の光ファイバ４１それぞれで伝送
されてきた各信号光に対応するＩＦ信号を順次発生させ
る。さらに図１２に示すように、光結合回路が複数個設
けられたマルチラインファイバカプラ１８と複数個の光
検出器５９が実装されたデイテクタアレイによる同時信
号検出を行い、信号処理速度を高め、ＣＴ画像の高速取
得を行ってもよい。
【００２５】さて、図６，図７には回転部を有する測定
系を口腔内に固定する方法を示したが、図１３，図１４
には、顔側面（ほほ）を経由して外部からレーザ光を照
射し、透過光を整合光学系を介して光ファイバに導いて
口腔外へ導く受光ヘッドを口腔内に配置する構成の概念
図を示してある。図１４は、図１３のＡ−Ａ矢視図であ
る。
【００２６】基盤６０に対して頭部１０２を固定し、基
盤６０に対して回転する回転筒６１に取付けた光ファイ
バ１９および出射光学系３１を経由してレーザ光がほほ
を経由し口腔内の歯１００等の被測定体をも透過した光
が回転筒６１に固定されたアーム６２に固定された、出
射光学系３１と対向する形で配置された整合光学系３２
とこれに導かれた光ファイバ２０に伝送される構成にな
っている。
【００２７】この構成により、ほほ、あごを経由して下
あご骨の断層像撮影、ほほの内側の口内炎などの状況の
計測が可能である。歯の波長透過特性に関してはアルゴ
ンレーザの青（波長４８８ｎｍ）では透過しにくく画像
計測は不可であったが、緑（波長５１４ｎｍ）では可能
であった。これより長い波長においては歯についての透
過特性は良く画像計測は可能であるが、画像の様子は波
長により少しづつ異なってくる。血流のある部分及び歯
肉については、赤（波長６００ｎｍ）で吸収があり画像
がまた異なってくる。虫歯においては、５００〜６００
ｎｍ（好ましくは５００〜５６０ｎｍ）の波長領域及び
８３０ｎｍ〜９００ｎｍの波長領域に変成したハイドロ
オシアパタイトによる吸収特性に差があり、エナメル質
とゾウゲ質の変成の様子もしくは欠損、減少、各層の厚
さの変化などが画像診断の着眼点となる。
【００２８】これら異なる波長での画像はそれぞれを個
別に読み取り診断の対象とすることもできるが、異なる
波長での画像の減算をコンピュータにより行いこの画像
処理によって作成した新たな画像により診断を行うこと
も有意義である。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光ヘテロダイン法を用いて歯ないし歯肉の画像計測を行
うものであるため、従来行われているＸ線透視写真より
も高い分解能の画像を得ることができ、例えば虫歯を、
その初期の段階から安全確実に検出することができる。
また、本発明によればＣＴ像を計測することによる、歯
と歯肉にかかわる歯周病の診断にも役立てることができ
る。
【００３０】本発明において、特に上述の緑の波長帯域
の光を用いると、高コントラストの画像を得ることがで
きる。さらに、緑の波長帯域の光を用いて計測した画像
と近赤外域の光を用いて計測した画像との双方を計測す
ることにより、歯ないし歯肉に対しより多くの情報、よ
り有効な情報を得ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光の波長に対する、生体の光の透過率を示すグ
ラフである。
【図２】種々の波長の光を用いて、歯および歯肉の画像
を計測したときのコントラストを示すグラフである。
【図３】光の波長に対する血液のヘモグロビンの吸収率
を示すグラフである。
【図４】光ヘテロダイン検出法の一例を示す模式図であ
る。
【図５】図４に示す光ヘテロダイン検出法を歯ないし歯
肉の画像計測に適用した画像計測装置の一例を示す構成
図である。
【図６】図２に示す画像計測装置における、口腔内で歯
ないし歯肉に光を照射してその透過光を取り出す部分
（測定ヘッド部）の基本的構造を示す側面図である。
【図７】図６の矢印Ａ−Ａに沿う断面図である。
【図８】図６、図７に示すファイバ保持体に相当する部
材のみを示した模式図である。
【図９】図６、図７に示すファイバ保持体に相当する部
材のみを示した模式図である。
【図１０】図９の３０対の対向ファイバペアの照射側を
１つの平行ビームとし、透過光については図９に示した
３０本の光ファイバからなるファイバハンドルを用いた
ものの概念図である。
【図１１】透過光を光ファイバに入射した後の処理系を
示す模式図である。
【図１２】透過光を光ファイバに入射した後の処理系を
示す模式図である。
【図１３】図２に示す画像計測装置における、測定ヘッ
ド部の他の例を示す模式図である。
【図１４】図１３に示す矢印Ａ−Ａに沿う断面図であ
る。
【符号の説明】 １ 光源 ２ ビームスプリッタ ３ 光学素子 ４，７ ミラー ５ サンプル ６ 第２のビームスプリッタ ８ 光検出器 １１ レーザ １２ 光学系 １３ 光ファイバ １４ ファイバカプラ １５ 光ファイバ １６ 周波数シフタ １７ 光ファイバ １８ ファイバカプラ １９ 光ファイバ ２０ 光ファイバ ２１ 光検出器 ３１ 出射光学系 ３２ 整合光学系 ３３ 基体 ３４ ファイバ保持体 ３５ マイクロモータ ４１ ファイバ ４３ 光学系 ４４ 出射光学系 ５１ 光スイッチ ５８ マルチラインファイバカプラ ５９ 光検出器 ６０ 基盤 ６１ 回転筒 ６２ アーム １００ 歯 １０１ 歯肉 １０２ 頭部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宇佐 史 仙台市太白区八木山香澄町35−１ 東北 工業大学内 (72)発明者 石幡 浩志 仙台市青葉区星陵町４番１号 東北大学 内 (72)発明者 堀内 博 仙台市青葉区星陵町４番１号 東北大学 内 (72)発明者 稲場 文男 仙台市太白区八木山香澄町35−１ 東北 工業大学内 (56)参考文献 特開 平３−111737（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−27844（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−129984（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−5101（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−70404（ＪＰ，Ａ) Ｊ．Ｏｐｔ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．62 （８）（1995）ｐ516−521（Ｆｉｇ. ７) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01N 21/00 - 21/01 G01N 21/17 - 21/27 A61B 10/00 A61C 19/04

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 所定の波長の光を射出する光源、 前記光源から出射された光ビームを、被検体が配置され
    る被検体配置位置を経由する信号光と、該被検体配置位
    置を経由する光路とは異なる光路を経由する参照光とに
    二分するとともに、該被検体配置位置を経由した後の信
    号光と、該異なる光路を経由した参照光とを互いに重畳
    することにより該信号光と該参照光とが干渉した干渉光
    を生成する干渉光学系、および 前記干渉光学系で得られ
    た干渉光を受光することにより受光信号を得る光センサ
    を備え、 前記被検体配置位置に歯ないし歯肉を被検体として位置
    させて、前記光センサで得られた受光信号に基づいて、
    歯ないし歯肉の画像を得る画像計測装置であって、 前記光源が、５００ｎｍ以上５６０ｎｍ未満の範囲内の
    少なくとも１つの波長の光を射出するものである ことを
    特徴とする画像計測装置。
  2. 【請求項２】 所定の波長の光を射出する光源、 前記光源から出射された光ビームを、被検体が配置され
    る被検体配置位置を経由する信号光と、該被検体配置位
    置を経由する光路とは異なる光路を経由する参照光とに
    二分するとともに、該被検体配置位置を経由した後の信
    号光と、該異なる光路を経由した参照光とを互いに重畳
    することにより該信号光と該参照光とが干渉した干渉光
    を生成する干渉光学系、および 前記干渉光学系で得られ
    た干渉光を受光することにより受光信号を得る光センサ
    を備え、 前記被検体配置位置に歯ないし歯肉を被検体として位置
    させて、前記光センサで得られた受光信号に基づいて、
    歯ないし歯肉の画像を得る画像計測装置であって、 前記光源が、５１４．５ｎｍの波長の光を射出するＡｒ
    レーザであることを特徴とする 画像計測装置。
  3. 【請求項３】 所定の波長の光を射出する光源、 前記光源から出射された光ビームを、被検体が配置され
    る被検体配置位置を経 由する信号光と、該被検体配置位
    置を経由する光路とは異なる光路を経由する参照光とに
    二分するとともに、該被検体配置位置を経由した後の信
    号光と、該異なる光路を経由した参照光とを互いに重畳
    することにより該信号光と該参照光とが干渉した干渉光
    を生成する干渉光学系、および 前記干渉光学系で得られ
    た干渉光を受光することにより受光信号を得る光センサ
    を備え、 前記被検体配置位置に歯ないし歯肉を被検体として位置
    させて、前記光センサで得られた受光信号に基づいて、
    歯ないし歯肉の画像を得る画像計測装置であって、 前記光源が、第２高調波である５３０ｎｍの波長の光を
    射出するＹＡＧレーザであることを特徴とする 画像計測
    装置。
  4. 【請求項４】 前記光源に加え、該光源と切換えて用い
    られる６００ｎｍ以上９００ｎｍ未満の範囲内の少なく
    とも１つの波長の光を射出する第２の光源を備えたこと
    を特徴とする請求項１から３のうちいずれか１項記載の
    画像計測装置。
  5. 【請求項５】 前記光源からの射出光を口腔内に伝送す
    る第１の光ファイバと、歯ないし歯肉の透過光を口腔外
    に伝送する第２の光ファイバを備えたことを特徴とする
    請求項１から３のうちいずれか１項記載の画像計測装
    置。
  6. 【請求項６】 前記光源からの射出光を伝送する第１の
    光ファイバと、歯ないし歯肉の透過光を口腔外に伝送す
    る第２の光ファイバとを備え、該第１の光ファイバの射
    出端および該第２の光ファイバの入射端のうちのいずれ
    か一方が口腔内、いずれか他方が顔面外部に配置される
    ものであることを特徴とする請求項１から３のうちいず
    れか１項記載の画像計測装置。
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