BR112021004319A2 - sistema e método para detectar inflamação de tecido - Google Patents

Abstract

SISTEMA E MÉTODO PARA DETECTAR INFLAMAÇÃO DE TECIDO. A presente invenção se refere a um sistema de detecção de inflamação de tecido (600) que inclui: um emissor de luz (602) configurado para emitir luz em direção ao tecido (604); pelo menos um detector de luz (606) configurado para detectar luz reflexiva difusa a partir do tecido; e um controlador (613) que inclui uma unidade de detecção de inflamação de tecido (614) configurada para analisar a luz difusa reflexiva detectada em seus componentes espectrais. A unidade de detecção de inflamação de tecido é configurada para: determinar uma contribuição de tecido a partir de uma primeira região de comprimento de onda de um sinal de espectroscopia reflexivo difuso em que o sinal de espectroscopia reflexivo difuso é dominado por tecido; extrapolar a contribuição de tecido para uma segunda região de comprimento de onda em que o sinal de espectroscopia reflexiva difuso inclui pelo menos uma característica de absorção de hemoglobina detectável; subtrair a contribuição de tecido extrapolado do sinal de reflectância difusa; e determinar o grau de inflamação do tecido.

Description

SISTEMA E MÉTODO PARA DETECTAR INFLAMAÇÃO DE TECIDO Campo da invenção

[001] A presente revelação se refere de modo geral a sistemas para tratamento da saúde bucal e métodos para detecção de presença de inflamação de tecido, especificamente gengivite, com o uso de luz refletida difusa. Antecedentes da invenção

[002] A detecção de gengivite com o uso da espectroscopia de reflectância difusa (DRS) é feita atualmente com pequenas sondas anguladas, configuradas em torno de uma ou mais fibras ópticas que transportam luz, devido ao espaço limitado em uma cavidade bucal. Essas pequenas sondas são úteis para medições junto às áreas interproximais onde a gengivite comumente se origina. No entanto, quando em contato, essas pequenas sondas podem exercer uma grande pressão sobre o tecido, afastando o sangue e assim perturbando a medição baseada em DRS das propriedades do sangue. Portanto, as medições de DRS são, de preferência, obtidas em modo sem contato. O modo sem contato necessário leva à detecção de luz refletida especular indesejada além do componente refletido difuso desejado. Como a luz refletida difusa (isto é, a luz propagada através do tecido) é altamente atenuada, esses componentes especulares não desejados podem se tornar relativamente grandes.

[003] Além disso, uma importante propriedade da sonda de DRS é a separação fonte-detecção porque ela influencia a profundidade de amostragem da sonda (isto é, a profundidade do tecido em que a luz medida se origina). Entretanto, a separação entre detecção de fonte aumenta o risco de iluminar e/ou detectar luz do tecido não gengival, por exemplo, dentes e/ou implantes dentários. Por exemplo, devido ao fato de que a papila termina em um pequeno formato semelhante a ponta, é provável que, devido à separação de fibras, o sinal de papila desejado seja ao menos parcialmente contaminado com sinais de esmalte dental.

[004] Além da separação de fonte-detector, a profundidade de amostragem é limitada pelos comprimentos de onda usados. Comprimentos de onda curtos (por exemplo, azul) são altamente absorvidos pela hemoglobina, de modo que eles limitam o comprimento/profundidade da trajetória óptica. Comprimentos de onda longos (por exemplo, NIR) fornecem baixos coeficientes de dispersão a partir do tecido, limitando assim a quantidade de luz que atinge o detector através de dispersão difusa (isto é, a maior parte é transmitida na direção direta). Portanto, para medir as propriedades do sangue a partir da profundidade correta, tanto a distância do detector de fonte quanto os comprimentos de onda precisam ser considerados. Uma vez que a gengivite começa principalmente no sulco gengival (bolsos) desabilitando assim o acesso direto ao sítio inflamado, uma certa separação de detector de fonte em combinação com um certo comprimento de onda é necessária. Além disso, esses comprimentos de onda precisam estar situados em características específicas de absorção de hemoglobina. Entretanto, é desejável manter o número de comprimentos de onda necessários o menor possível devido a restrições de custo e espaço para sistemas de tratamento da saúde oral para consumidores.

[005] Consequentemente, existe uma necessidade contínua na técnica por sistemas e métodos de tratamento da saúde oral da presente invenção para detectar inflamação moderada do tecido com o uso de um método DRS que seja insensível a reflexões especulares e que use um número limitado de comprimentos de onda. Sumário da invenção

[006] A presente revelação se refere a sistemas e métodos inovadores para detectar inflamação de tecido, e especificamente gengivite, utilizando espectroscopia de reflectância difusa (DRS - “diffuse reflective spectroscopy”). Várias modalidades e implementações da presente invenção se referem a métodos para detectar com precisão gengivite e que são robustos contra reflexões especulares e usam apenas um número mínimo de comprimentos de onda. Além disso, os métodos que permitem a detecção precisa da gengivite a partir de sinais de DRS têm sensibilidade mais baixa à luz que se origina do tecido duro dental e permitem um certo grau de liberdade na seleção do comprimento de onda.

[007] De modo geral, em um outro aspecto, é apresentado um sistema para detectar inflamação de tecido. O sistema inclui um emissor de luz configurado para emitir luz em direção ao tecido; pelo menos um detector de luz configurado para detectar luz reflexiva difusa refletida a partir do tecido; e um controlador que tem uma unidade de detecção de inflamação de tecido configurada para analisar a luz difusa reflexiva detectada em seus componentes espectrais. A unidade de detecção de inflamação de tecido é configurada para: determinar uma contribuição de tecido a partir de uma primeira região de comprimento de onda de um sinal de espectroscopia reflexivo difuso em que o sinal de espectroscopia reflexivo difuso é dominado por tecido; extrapolar a contribuição de tecido de acordo com uma função dependente do comprimento de onda predeterminada para uma segunda região de comprimento de onda em que o sinal de espectroscopia reflexivo difuso inclui ao menos uma característica de absorção de hemoglobina detectável; subtrair a contribuição de tecido extrapolado do sinal de reflectância difusa; e determinar o grau de inflamação do tecido. Em várias modalidades, o sistema é configurado para detectar gengivite.

[008] Em uma modalidade, a unidade de detecção de inflamação de tecido é configurada para determinar a contribuição do tecido no primeiro e no segundo comprimentos de onda que são maiores que 665 nm dentro da primeira região de comprimento de onda.

[009] Em uma modalidade, a unidade de detecção de inflamação de tecido é configurada para extrapolar as contribuições de tecido para o terceiro e o quarto comprimentos de onda dentro da segunda região de comprimento de onda, em que a segunda região de comprimento de onda é menor que a primeira região de comprimento de onda.

[010] Em uma modalidade, o sistema inclui adicionalmente uma sonda de espectroscopia reflexiva difusa que tem uma separação entre fonte e detector que é maior que 300 µm.

[011] De modo geral, em um outro aspecto, é apresentado um método para detectar inflamação de tecido. O método inclui determinar, por um controlador, uma contribuição de tecido no primeiro e no segundo comprimentos de onda dentro de uma primeira região de comprimento de onda de um sinal de espectroscopia reflexiva difuso em que o sinal de espectroscopia reflexiva difusa é dominado por tecido; extrapolar, pelo controlador, as contribuições de tecido para o terceiro e o quarto comprimentos de onda dentro de uma segunda região de comprimento de onda diferente da primeira região de comprimento de onda, em que o sinal de espectroscopia reflexiva difusa inclui pelo menos uma característica de absorção de hemoglobina detectável; subtrair, pelo controlador, as contribuições extrapoladas de tecido do sinal de espectroscopia difusa reflexiva no terceiro e no quarto comprimentos de onda; e determinar, por meio do controlador, o grau de inflamação do tecido. Em várias modalidades, a inflamação do tecido é gengivite.

[012] Em uma modalidade, o método inclui adicionalmente emitir luz em direção ao tecido com uso de um emissor de luz.

[013] Em uma modalidade, o método inclui adicionalmente detectar, através de ao menos três detectores sensíveis ao comprimento de onda, luz reflexiva difusa no ao menos primeiro, segundo e terceiro comprimentos de onda antes da etapa de determinar as contribuições de tecido.

[014] Em uma modalidade, o método inclui, ainda, medir o sinal de espectroscopia reflexiva difusa por uma sonda de espectroscopia reflexiva difusa que tem uma separação de fonte-detector que é maior que 300 µm.

[015] Em uma modalidade, o primeiro e o segundo comprimentos de onda são mais longos que o terceiro e o quarto comprimentos de onda.

[016] Em uma modalidade, a etapa de extrapolar as contribuições de tecido envolve uma função dependente do comprimento de onda predeterminado.

[017] Em uma modalidade, o método inclui adicionalmente emitir luz em direção ao tecido com uso de ao menos três fontes de luz que emitem luz no primeiro, segundo e terceiro comprimentos de onda, e detectar, por um único detector, luz difusa reflexiva emitida pelos ao menos três emissores de luz.

[018] Como usado aqui, para os propósitos da presente revelação, o termo “controlador” é usado de modo geral para descrever vários aparelhos relacionados à operação de um aparelho, sistema ou método. Um controlador pode ser implementado de várias maneiras (por exemplo, como hardware dedicado) para executar várias funções aqui discutidas. Um “processador” é um exemplo de um controlador que emprega um ou mais microprocessadores que podem ser programados para usar o software (por exemplo, microcódigo) para realizar várias funções descritas no presente documento. Um controlador pode ser implementado com ou sem o emprego de um processador, e, pode também ser implementado como uma combinação de hardware dedicado para executar algumas funções e um processador (por exemplo, um ou mais microprocessadores programados os circuitos associados) para executar outras funções. Exemplos de componentes de controlador que podem ser empregados em várias modalidades da presente revelação incluem, mas não se limitam a, microprocessadores convencionais, circuitos integrados de aplicação específica (ASICs - “Application Specific Integrated Circuits”) e matriz de porta programável em campo (FPGAs - “Field-Programmable Gate Arrays”).

[019] Deve-se notar que todas as combinações dos conceitos mencionados anteriormente e conceitos adicionais descritos em maiores detalhes abaixo (contanto que tais conceitos não sejam mutuamente inconsistentes) são contemplados como parte de uma matéria inventiva revelada no presente documento. Em particular, todas as combinações do assunto reivindicado que aparecem no final desta revelação são contempladas como parte do assunto inventivo revelado no presente documento.

[020] Esses e outros aspectos da invenção ficarão evidentes e serão elucidados com referência às uma ou mais modalidades descritas deste ponto em diante. Breve descrição dos desenhos

[021] Nas figuras, os caracteres de referência iguais se referem em geral às mesmas partes ao longo das diferentes vistas. Além disso, os desenhos não estão necessariamente em escala, em vez disso a ênfase é geralmente colocada sobre a ilustração dos princípios da invenção.

[022] A Figura 1A é uma representação gráfica de espectros de espectroscopia reflexiva difusa medidos com ângulos de sonda para alvo diferentes, de acordo com uma modalidade.

[023] A Figura 1B é uma representação gráfica de valores de oxigenação de sangue calculados, de acordo com uma modalidade.

[024] A Figura 2 mostra uma representação gráfica de um espectro de espectroscopia reflexiva difusa, de acordo com uma modalidade.

[025] A Figura 3 mostra uma representação gráfica de espectro de absorção, de acordo com uma modalidade.

[026] A Figura 4 é um fluxograma de um método para determinar inflamação de tecido para detectar gengivite, de acordo com uma modalidade.

[027] A Figura 5 é uma representação esquemática de um sistema para detectar gengivite, de acordo com uma modalidade. Descrição detalhada das modalidades

[028] A presente revelação descreve várias modalidades de sistemas e métodos de detecção melhorada de inflamação de tecido, especificamente gengivite, com o uso de luz refletida difusa. De modo mais genérico, o requerente reconheceu e entendeu que seria benéfico fornecer tais sistemas e métodos que sejam insensíveis a reflexões especulares indesejadas e que usem um número limitado de comprimentos de onda. Consequentemente, os sistemas e métodos aqui descritos, ou de outro modo contemplados, fornecem um dispositivo para tratamento da saúde bucal configurado para obter medições do tecido gengival. O dispositivo de tratamento da saúde bucal inclui um emissor de luz, ao menos um detector de luz e um controlador programado com um algoritmo especializado para analisar a luz recebida em seus componentes espectrais. O controlador é amplamente configurado para: (i) determinar uma contribuição de tecido com o uso de comprimentos de onda em que a contribuição de sangue é mínima, (ii) extrapolar essa contribuição para outra região de comprimento de onda em que o sinal de DRS mostra uma característica de absorção de hemoglobina clara, (iii) subtrair a contribuição do tecido extraído do sinal refletido para obter uma contribuição do sangue, e (iv) determinar um ou mais parâmetros de hemoglobina com o uso da contribuição do sangue.

[029] As modalidades e implementações reveladas ou, de outro modo, contempladas na presente invenção, podem ser utilizadas com qualquer dispositivo de tratamento de saúde oral adequado. Exemplos de dispositivos para tratamento bucal adequados incluem uma escova de dentes, um dispositivo de fio dental, um irrigador oral, um limpador de língua ou outro dispositivo de cuidados pessoais ou dispositivo de cuidados bucais profissionais de saúde bucal. Contudo, a revelação não se limita a esses dispositivos para tratamento da saúde bucal e, dessa forma, a revelação e as modalidades aqui reveladas podem abranger qualquer dispositivo para tratamento da saúde bucal.

[030] A gengivite, que é uma inflamação das gengivas, caracterizada por gengivas inchadas, edema e vermelhidão, é causada principalmente por um acúmulo de placa, principalmente no sulco gengival (bolsos). Tal doença de gengiva é tipicamente encontrada em áreas de difícil acesso, como áreas interproximais entre os dentes, e ao redor dos dentes posteriores.

[031] De fato, estima-se que 50% a 70% da população adulta seja afetada pela gengivite. No entanto, os consumidores, muitas vezes, não são capazes de detectar sinais precoces de gengivite. Tipicamente, a gengivite progride até que o indivíduo perceba suas gengivas sangrando facilmente ao escovar seus dentes. Consequentemente, a gengivite só pode ser detectada quando a doença já está avançada e significativamente mais difícil de tratar. Embora a gengivite seja prontamente revertida por higiene bucal aprimorada, como ela pode evoluir para uma periodontite irreversível, é importante manter uma boa saúde bucal e detectar a gengivite o mais rapidamente possível.

[032] A gengivite pode ser diagnosticada visualmente mediante detecção de vermelhidão e inchaço da gengiva. (vide, RR. Lobene, et al., “A modified gingival index for use in clinical trials”, Clin. Prev. Dent. 8:3-6, (1986) que descreve um índice de gengivite sem contato, com base na vermelhidão e inflamação da gengiva). Entretanto, esse índice tem sensibilidade limitada e é altamente dependente do índice de reprodução de cor da fonte de luz utilizada. Dessa forma, os LEDs convertidos em fósforo modernos podem ter um baixo índice de redundância de núcleo (IRF), resultando em julgamentos visuais insatisfatórios.

[033] A vermelhidão da gengiva é uma resposta inflamatória aguda às toxinas do biofilme bacteriano provenientes da placa no sulco gengival ou nas regiões ao longo da linha das gengivas. A curto prazo, essa resposta inflamatória causa vasodilatação, onde as células dos músculos lisos nas arteríolas relaxam, e dilatam os vasos sanguíneos para aumentar o fornecimento de sangue para o leito capilar. Isso produz a vermelhidão da gengiva e pode fornecer um pequeno aumento de temperatura, que é difícil de medir. Além disso, os capilares se tornam mais permeáveis, o que resulta em maior perda de fluido dos capilares para os espaços intersticiais, resultando no inchaço das gengivas. Se a inflamação for crônica, então ocorre uma vermelhidão adicional pelo aumento da vascularização do tecido, caso em que podem ser formados capilares adicionais para lidar com as demandas de sangue adicionais do tecido.

[034] Esses fatores possibilitam a detecção de gengivite com o uso de espectroscopia reflexiva difusa (DRS). DRS é um método óptico que envolve emitir, por exemplo, luz branca em direção a um alvo e analisar as propriedades espectrais da luz refletida difusa (em vez de especular). Devido aos diferentes cromóforos no tecido gengival, as propriedades espectrais da luz refletida difusa diferem claramente daquelas da fonte de luz. Conforme descrito em T. Hanioka, et al., “Hemoglobin concentration and oxygen saturation of clinically healthy and inflamed gingiva in human subjects”, J. Periodontal Res. 25: 93-98 (1990)), a concentração total de hemoglobina aumentada e a oxigenação do sangue diminuída podem ser determinadas para a detecção de gengivite. Esse método usa seis comprimentos de onda fixos e calcula as concentrações de hemoglobina desoxigenada, oxigenada e total. As duas últimas concentrações são usadas para calcular a saturação de oxigênio.

[035] As Figuras 1A e 1B mostram espectros de DRS medidos com o uso de diferentes ângulos de sonda para alvo. Na Figura 1A, a reflexão especular é acromática e resulta em um deslocamento para cada espectro de DRS. Na Figura 1B, os valores de oxigenação do sangue são calculados de acordo com o método exemplificador descrito em Hanioka. Para ângulos próximos à normal da superfície, a reflexão especular se torna aproximadamente dez vezes maior que o componente difuso. Na Figura 1B, os valores de oxigenação calculados de acordo com esse método produzem uma grande variação. É evidente que as reflexões especulares podem levar a grandes erros.

[036] De acordo com as modalidades que usam detecção de comprimento de onda, alguns sistemas incluem um espectrômetro para analisar o formato espectral da luz recebida. Outros sistemas incluem um filtro ajustável (por exemplo, um filtro MEMS Fabry-Pérot) na luz recebida e/ou emitida. Embora o uso de um espectrômetro ou um filtro ajustável seja desejável devido ao grande número de comprimentos de onda disponíveis para processamento, os sistemas atualmente disponíveis são muito grandes e/ou caros para produtos destinados ao consumidor. Alternativamente, outros sistemas incluem iluminação sequencial em cores em que cada cor compreende a banda espectral necessária para a análise. Uma outra opção é dividir a luz recebida em diferentes trajetórias e aplicar filtros passa-banda para obter as bandas espectrais necessárias. Em relação a essas outras opções, é desejável manter o número de comprimentos de onda necessários o menor possível, devido a restrições de custo e espaço para sistemas de tratamento da saúde bucal para consumidores.

[037] Um objetivo específico da utilização de certas modalidades da presente revelação é permitir a detecção precisa da gengivite a partir de sinais de DRS que é insensível a reflexões especulares, tem sensibilidade mais baixa à luz que se origina do tecido duro dental, usa um número mínimo de comprimentos de onda e permite um grau de liberdade na seleção do comprimento de onda.

[038] Com referência às Figuras 2, 3 e 4, em uma modalidade, é um método para detectar gengivite usando luz refletida difusa. A Figura 2 mostra um espectro de DRS medido. A Figura 3 mostra espectros de absorção de hemoglobina, tanto oxiemoglobina como desoxiemoglobina. A Figura 4 mostra um fluxograma de etapas para detectar gengivite com o uso de luz refletida difusa. Uma vez que a reflexão especular é acromática, ela mostra um desvio de CC no sinal de DRS. É evidente que, permitindo algum erro, a contribuição do tecido (isto é, dispersão e absorção de melanina e água abaixo de 940 nm) pode ser modelada com o uso de uma função linear adequada. Para os comprimentos de onda mais longos, o sinal refletido é dominado pelo tecido (isto é, a absorção de sangue tem baixa contribuição significativa). Com base no exposto acima, propõe-se determinar uma contribuição de tecido com o uso de comprimentos de onda em que a contribuição de sangue é mínima, extrapolar essa contribuição para outra região de comprimento de onda em que o sinal DRS mostra uma característica de absorção de hemoglobina clara, subtrair a contribuição do tecido extraído do sinal refletido para obter uma contribuição do sangue e usar a contribuição do sangue do tecido para calcular os parâmetros de hemoglobina.

[039] Como pode ser visto na Figura 3, a região entre 600 nm e 650 nm mostra grandes diferenças entre a absorção de hemoglobina oxigenada e desoxigenada, enquanto ainda é razoavelmente relevante para os níveis de absorção. A partir de cerca de 650 nm, a absorção na hemoglobina se torna tão baixa que o espectro de DRS é dominado pelo tecido. Começando de aproximadamente 915 nm, a água se torna dominante. Com referência à Figura 2, neste exemplo, quatro comprimentos de onda são escolhidos a partir da região vermelha/infravermelha proximal (NIR); dois dentro de uma primeira região de comprimento de onda, e dois dentro de uma segunda região de comprimento de onda. Obtendo-se duas leituras de comprimento de onda em cada região, os cálculos de comparação podem ser realizados facilmente; entretanto, pode ser entendido que os cálculos podem ser comparados com o uso de um total de pelo menos três comprimentos de onda, ou mesmo mais de quatro comprimentos de onda. Os dois comprimentos de onda mais longos (709 nm e 745 nm no exemplo mostrado na Figura 2) são usados para extrapolar a contribuição de tecido presumida para a região vermelha. Então, nos dois comprimentos de onda mais curtos (632 nm e 655 nm), uma contribuição de sangue pode ser calculada subtraindo-se o sinal de DRS da contribuição de tecido extrapolada. Em seguida, com o uso dos coeficientes de absorção conhecidos para a hemoglobina e as contribuições calculadas do sangue, as concentrações desejadas de desoxiemoglobina e oxiemoglobina [Hb] e [HbO2] podem ser calculadas.

[040] Com referência à Figura 4, em uma modalidade, ela é um fluxograma de etapas de um método 100 para detectar gengivite com o uso de luz refletida difusa. De acordo com uma modalidade, um sistema 600, como mostrado na Figura 5, que tem um ou mais emissores de luz e detectores de luz é fornecido para detectar luz refletida difusa da gengiva e a luz detectada é comunicada ou, de outro modo, transmitida para um controlador para processamento ou análise. Na etapa S110 do método, um controlador ou analisador 613 (conforme mostrado na Figura 5) determina uma contribuição de tecido a partir de uma região de comprimento de onda em que a hemoglobina tem absorção relativamente baixa. Um coeficiente angular de tecido pode ser calculado da seguinte forma: − ( çã )=( ( − )) (1)

[041] em que Rpλ representa uma reflectância difusa medida no comprimento de onda λ e λ1..λn representa comprimento de onda da amostra com n ≥ 4. Com o uso do exemplo mostrado na Figura 2, os dois comprimentos de onda mais longos (709 nm e 745 nm) podem ser usados.

[042] Na etapa S120 do método, o controlador ou analisador extrapola a contribuição do tecido de acordo com uma função dependente do comprimento de onda predeterminada para uma outra região no espectro que tem uma ou mais características de absorção de hemoglobina detectáveis. Com o uso do exemplo mostrado na Figura 2, a contribuição do tecido é extrapolada para dois comprimentos de onda mais curtos (632 nm e 655 nm). A extrapolação pode ser calculada da seguinte forma: = +( − )⋅ (2)

[043] em que representa contribuições de tecido extrapoladas em λb.

[044] Na etapa S130 do método, o controlador ou analisador subtrai a contribuição de tecido extrapolada nos dois comprimentos de onda mais curtos do sinal de reflectância difusa medido para obter uma contribuição de sangue de tecido nos dois comprimentos de onda mais curtos de acordo com o seguinte cálculo: " = − (3)

[045] em que " representa a contribuição do sangue do tecido calculada no comprimento de onda λb. No exemplo representado na Figura 2, os dois comprimentos de onda mais curtos são 632 nm e 655 nm. Uma vez que ambos os termos na subtração na equação (3) contêm uma contribuição de reflexão especular igual, a contribuição de sangue calculada é isenta de uma contribuição de reflexão especular.

[046] Na etapa S140 do método, o controlador ou analisador determina parâmetros de hemoglobina para determinar a inflamação do tecido. Por exemplo, concentrações oxigenadas e desoxigenadas podem ser determinadas com o uso de coeficientes de absorção conhecidos para hemoglobina e contribuições calculadas do sangue do tecido a 632 nm e 655 nm. Os seguintes cálculos podem ser usados para determinar as concentrações oxigenadas e desoxigenadas, respectivamente: )*+ ∙ -. 0 0 */ 1)*/ ∙ -. *+ #$%&' ( = 0 2/ 0 0 2/ (4) -. * ∙ -. * 1 -. * ∙ -. 0 *+ + / /

)*+ ∙ -. 0 2/ 1)*/ ∙ -. 0 2/ #$%( = */ *+ 0 2/ ∙ -. 0 1 -. 0 2/ ∙ -. 0 (5) -. */ *+ *+ */

[047] Para se obter uma concentração total de hemoglobina, as concentrações oxigenadas e desoxigenadas determinadas podem ser adicionadas da seguinte forma: [Hbt] = [Hb]+[HbO2] (6)

[048] A saturação de oxigênio pode ser determinada de acordo com o seguinte cálculo: SO2 = 100% * [HbO2]/[Hbt] (7)

[049] De acordo com uma modalidade, como uma alternativa à determinação das concentrações oxigenadas e desoxigenadas das contribuições sanguíneas restantes a 632 nm e 655 nm, conforme descrito em (4) e (5) acima, um comprimento de onda isosbéstico λ1, por exemplo, 584 nm e 800 nm (que pode limitar a escolha do comprimento de onda) também pode ser usado para determinar a concentração total de hemoglobina e as concentrações oxigenadas e desoxigenadas da seguinte forma: " #$% ( = + 4 3 + 4 " / − #$% ( ∙ 3 #$%&' ( = 4 5' 4 / 3 / − 3 / 4 5' " / − #$% ( ∙ 3 #$%( = 4 4 5' / 3 / − 3 /

[050] Todos os cálculos (exceto o valor intermediário de tecido interpolado) são independentes do deslocamento (reflexão especular). Em todos os cálculos, presume-se que o comprimento da trajetória óptica seja igual em qualquer lugar. Adicionalmente, os valores calculados não são reais, mas, em vez disso, representam valores evidentes. Dessa forma, vantajosamente, os sistemas e métodos da invenção aqui descritos permitem a detecção precisa de gengivite a partir de sinais de DRS que são insensíveis a reflexões especulares. Consequentemente, os sistemas e métodos da invenção, conforme descrito aqui, são menos sensíveis à luz que se origina do tecido não gengival ou do tecido dental duro.

[051] O número de comprimentos de onda selecionados pode ser igual ou maior que quatro (≥4) para aumentar a precisão, por exemplo, por redução de ruído e/ou com o uso de polinômio de ordem mais alta para extrapolação de tecido. Vantajosamente, embora os sistemas e métodos da invenção aqui descritos permitam a detecção precisa de gengivite a partir de sinais DE DRS com o uso de quatro comprimentos de onda como um exemplo, que é mais econômico que os sistemas convencionais que usam mais comprimentos de onda, sistemas que usam três comprimentos de onda também são exequíveis com o uso dos sistemas e métodos da invenção aqui revelados. Além disso, os sistemas e métodos da invenção aqui descritos possibilitam um certo grau de liberdade em relação à seleção dos comprimentos de onda usados.

[052] Conforme descrito aqui, a fim de detectar gengivite, é desejável obter uma profundidade de amostragem suficientemente profunda com uma separação entre detectores de fonte >300 µm com o uso dos comprimentos de onda vermelho/NIR inferiores absorventes de hemoglobina, isto é, sem o uso da região de comprimento de onda azul e verde altamente absorventes. Com referência à Figura 5, em uma modalidade, é apresentado um sistema exemplificador 600 para detectar inflamação do tecido e gengivite. O sistema 600 inclui um emissor de luz 602 e múltiplos detectores discretos sensíveis ao comprimento de onda 6061-n. Os exemplos aqui descritos se referem a um sistema e método que usa quatro comprimentos de onda distintos, embora um sistema que usa mais de quatro detectores sensíveis ao comprimento de onda possa ser usado, e um sistema que usa três comprimentos de onda também possa ser usado. Nos exemplos aqui descritos, quatro detectores discretos sensíveis ao comprimento de onda são descritos - dois em uma primeira região de comprimento de onda, e dois em uma segunda região de comprimento de onda. O emissor 602 inclui uma única fonte de banda larga configurada para emitir luz em direção ao tecido 604. De acordo com uma modalidade com quatro comprimentos de onda, os detectores 6061-n são configurados para detectar luz refletida difusa do tecido 604 em comprimentos de onda de 655 nm, 632 nm, 709 nm e 745 nm, respectivamente. O detector 6061 pode ser configurado para detectar λ1 em 709 nm, o detector 6062 pode ser configurado para detectar λ2 em 745 nm, o detector 6063 pode ser configurado para detectar λ3 em 632 nm, e o detector 6064 pode ser configurado para detectar λ4 em 655 nm. Pode ser entendido que quaisquer dois comprimentos de onda diferentes dentro da primeira e da segunda regiões de comprimento de onda podem ser usados. O sistema 600 inclui adicionalmente um controlador 613 que tem uma unidade de detecção de inflamação do tecido 614 e um algoritmo como aquele descrito acima.

[053] De acordo com uma modalidade, o sistema 600 inclui uma sonda de DRS 607 que tem uma separação de detector de fonte que é maior que 300 µm. A fonte da sonda pode ser acoplada ao emissor 602 e o detector da sonda pode ser configurado para aplicar a luz detectada aos detectores 6061-n através de um divisor, por exemplo. Muitas configurações de sonda de DRS são possíveis, mas as mais comuns consistem em uma fibra de fonte próxima de uma fibra de detecção. Outras configurações são, por exemplo, uma fibra de fonte central circundada por seis fibras de detecção ou apenas uma única fibra funcionando como fonte e detector simultaneamente.

[054] De acordo com uma modalidade, o sistema 600 pode incluir três comprimentos de onda para a extrapolação do tecido para reduzir erros de extrapolação, ou quatro, cinco ou mais comprimentos de onda. Alternativamente, o sistema 600 pode incluir um polinômio de segundo grau para a extrapolação do tecido para reduzir erros de extrapolação.

[055] De acordo com uma modalidade, em vez dos múltiplos detectores distintos, o sistema 600 pode incluir um único detector sob a forma de um filtro passa-banda ajustável (com fotodetector), um espectrômetro ou qualquer alternativa adequada.

[056] De acordo com uma modalidade, em vez de uma única fonte de banda larga, o sistema 600 pode incluir quatro ou mais fontes ou emissores separados com as propriedades espectrais necessárias e um único detector na extremidade receptora.

[057] Vantajosamente, os sistemas e métodos da invenção aqui descritos permitem a detecção precisa de gengivite com o uso de um método DRS que é insensível a reflexões especulares e usa um número limitado de comprimentos de onda.

[058] Todas as definições, conforme definidas e usadas no presente documento, deverão ser consideradas como tendo precedência sobre as definições de dicionário, as definições nos documentos incorporados a título de referência e/ou sobre os significados comuns dos termos definidos.

[059] Os artigos indefinidos “um” e “uma” conforme usados no presente documento no relatório descritivo e nas reivindicações, salvo indicação clara do contrário, devem ser compreendidos por significarem “pelo menos um”.

[060] A frase “e/ou”, conforme usada no presente documento no relatório descritivo e nas reivindicações, deve ser compreendida por significar “um ou outro ou ambos” dos elementos coligados, isto é, os elementos que estão presentes conjuntivamente em alguns casos e disjuntivamente presentes em outros casos. Os múltiplos elementos listados com “e/ou” devem ser interpretados na mesma maneira, isto é, “um ou mais” dos elementos coligados. Outros elementos podem opcionalmente estar presentes além dos elementos identificados especificamente pela cláusula “e/ou”, relacionados ou não relacionados àqueles elementos identificados especificamente.

[061] Conforme usado no presente documento no relatório descritivo e nas reivindicações, a palavra “ou” deve ser compreendida com o mesmo significado que “e/ou” conforme definido acima. Por exemplo, quando se separa itens em uma lista, “ou” ou “e/ou” devem ser interpretados como inclusivos, isto é, a inclusão de ao menos um, mas que também inclui mais de um, de uma diversidade ou lista de elementos, e, opcionalmente, itens não listados adicionais. Apenas os termos que indicam claramente o contrário, como “apenas um dentre” ou “exatamente um dentre” ou, quando usado nas reivindicações, “que consiste em” se referem à inclusão de exatamente um elemento dentre uma diversidade ou lista de elementos. Em geral, o termo “ou” conforme usado no presente documento deve ser apenas interpretado como indicador de alternativas exclusivas (isto é, “um ou outro, porém não ambos”) quando precedido pelos termos de exclusividade, como “um ou outro”, “um de”, “apenas um” ou “exatamente um”.

[062] Como usado aqui no relatório descritivo e nas reivindicações, o termo “pelo menos um”, em referência a uma lista de um ou mais elementos, deve ser compreendido por significar pelo menos um elemento selecionado dentre quaisquer um ou mais dos elementos na lista de elementos, mas não inclui necessariamente pelo menos um de todo e cada elemento especificamente mencionado na lista de elementos e não exclui quaisquer combinações de elementos na lista de elementos. Essa definição também possibilita que outros elementos possam opcionalmente estar presentes além dos elementos especificamente identificados dentro da lista de elementos aos quais o termo “pelo menos um” se refere, estando ou não relacionados a esses elementos especificamente identificados.

[063] Deve-se compreender também que, a menos que indicado o contrário, em quaisquer métodos reivindicados no presente documento que incluem mais de uma etapa ou ação, a ordem das etapas ou das ações do método não são limitadas necessariamente à ordem na qual as etapas ou ações do método são mencionadas.

[064] Nas reivindicações, bem como no relatório descritivo acima, todas as frases transicionais tais como “que compreende”, “que inclui”, “que realiza”, “que tem,” “que contém”, “que envolve”, “que prende”, “composto de” e similares devem ser compreendidos por não-limitados, isto é, significativos de que incluem, mas não se limitam. Apenas as frases de transição “que consiste em” e “que consiste essencialmente em” deverão ser frases de transição fechadas ou semifechadas, respectivamente.

[065] Embora várias modalidades inventivas tenham sido descritas e ilustradas no presente documento, os versados na técnica verão imediatamente uma variedade de outros meios e/ou estruturas para realizar a função e/ou obter os resultados e/ou uma ou mais dentre as vantagens descritas no presente documento, e cada uma de tais variações e/ou modificações é considerada como inserida no escopo das modalidades inventivas descritas no presente documento.

De modo mais genérico, os versados na técnica compreenderão prontamente que todos os parâmetros, dimensões, materiais e configurações descritos no presente documento são exemplificativos e que os parâmetros, dimensões, materiais e/ou configurações reais dependerão da aplicação ou aplicações específicas para as quais os ensinamentos inventivos são/serão usados.

Os versados na técnica reconhecerão ou terão a capacidade de apurar, com o uso apenas de experimentação comum, muitos equivalentes às modalidades inventivas específicas aqui descritas.

Deve-se, portanto, compreender que as modalidades anteriormente mencionadas são apresentadas somente a título de exemplo e que, no escopo das reivindicações anexas e equivalentes às mesmas, as modalidades inventivas podem ser praticadas de modo diferente do descrito e reivindicado especificamente.

As modalidades inventivas da presente revelação se referem a cada característica, sistema, artigo, material, kit e/ou método individual descrito no presente documento.

Além disso, qualquer combinação de dois ou mais de tais características, recursos, sistemas, artigos, materiais, kits e/ou métodos, se tais características, sistemas, artigos, materiais, kits e/ou métodos não forem mutualmente inconsistentes, é incluída dentro do escopo inventivo da presente revelação.

Claims (14)

REIVINDICAÇÕES

1. SISTEMA (600) PARA DETECTAR INFLAMAÇÃO DE TECIDO, caracterizado por compreender: um emissor de luz (602) configurado para emitir luz em direção ao tecido (604); pelo menos um detector de luz (606) configurado para detectar luz reflexiva difusa refletida a partir do dito tecido; e um controlador (613) compreendendo uma unidade de detecção de inflamação de tecido (614) configurada para analisar a luz difusa reflexiva detectada em seus componentes espectrais, sendo que a dita unidade de detecção de inflamação de tecido é configurada para: determinar uma contribuição de tecido a partir de uma primeira região de comprimento de onda de um sinal de espectroscopia reflexiva difusa onde o sinal de espectroscopia reflexiva difusa é dominado por tecido; extrapolar a contribuição de tecido de acordo com uma função dependente do comprimento de onda predeterminada para uma segunda região de comprimento de onda em que o sinal de espectroscopia reflexivo difuso compreende ao menos uma característica de absorção de hemoglobina detectável; subtrair a contribuição de tecido extrapolado do sinal de reflectância difusa; e determinar o grau de inflamação do tecido.

2. SISTEMA DE DETECÇÃO DE INFLAMAÇÃO DE TECIDO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o dito sistema ser configurado para detectar gengivite.

3. SISTEMA DE DETECÇÃO DE INFLAMAÇÃO DE TECIDO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a dita unidade de detecção de inflamação de tecido ser configurada para determinar a contribuição do tecido no primeiro e no segundo comprimentos de onda que são maiores que 665 nm dentro da primeira região de comprimento de onda.

4. SISTEMA DE DETECÇÃO DE INFLAMAÇÃO DE TECIDO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por a dita unidade de detecção de inflamação de tecido ser configurada para extrapolar as contribuições de tecido para o terceiro e o quarto comprimentos de onda dentro da segunda região de comprimento de onda, em que os comprimentos de onda na dita segunda região de comprimento de onda são mais curtos do que os comprimentos de onda na dita primeira região de comprimento de onda.

5. SISTEMA DE DETECÇÃO DE INFLAMAÇÃO DE TECIDO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por a dita segunda região de comprimento de onda ser de 400 nm a 600 nm.

6. SISTEMA DE DETECÇÃO DE INFLAMAÇÃO DE TECIDO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente uma sonda de espectroscopia reflexiva difusa que tem uma separação de detector de fonte que é maior que 300 µm.

7. SISTEMA DE DETECÇÃO DE INFLAMAÇÃO DE TECIDO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o ao menos um detector de luz ser ao menos quatro detectores sensíveis ao comprimento de onda (6061, 6062, 6063, 6064), configurados para detectar luz reflexiva difusa no dito ao menos primeiro, segundo e terceiro comprimentos de onda refletidos a partir do dito tecido.

8. MÉTODO (100) PARA DETECTAR INFLAMAÇÃO DE TECIDO, caracterizado por compreender: determinar (S110), por um controlador, uma contribuição de tecido em pelo menos um primeiro e segundo comprimentos de onda dentro de uma primeira região de comprimento de onda de um sinal de espectroscopia reflexivo difuso onde o sinal de espectroscopia reflexivo difuso é dominado por tecido; extrapolar (S120), pelo controlador, as contribuições teciduais para pelo menos um terceiro e um quarto comprimentos de onda dentro de uma segunda região de comprimento de onda onde o sinal de espectroscopia reflexivo difuso compreende pelo menos uma característica de absorção de hemoglobina detectável; subtrair (S130), pelo controlador, as contribuições de tecido extrapoladas do sinal de espectroscopia reflexiva difuso no pelo menos terceiro e quarto comprimentos de onda para fornecer contribuições de sangue no pelo menos terceiro e quarto comprimentos de onda; e determinar (S140), pelo controlador, o grau de inflamação do tecido com base na primeira e na segunda contribuições do sangue.

9. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por a inflamação de tecido ser gengivite.

10. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por compreender adicionalmente a etapa de detectar, através de quatro detectores sensíveis ao comprimento de onda (6061, 6062, 6063, 6064), luz reflexiva difusa no dito ao menos primeiro, segundo, terceiro e quarto comprimentos de onda antes da etapa de determinar as contribuições de tecido.

11. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por os ditos primeiro e segundo comprimentos de onda serem mais longos que os ditos terceiro e quarto comprimentos de onda.

12. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por a etapa de extrapolar as contribuições de tecido envolver uma função dependente do comprimento de onda predeterminada.

13. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por compreender adicionalmente a etapa de emitir luz em direção ao tecido (604) usando ao menos quatro fontes de luz que emitem luz nos ditos primeiro, segundo, terceiro e quarto comprimentos de onda.

14. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por compreender adicionalmente a etapa de detectar, através de ao menos um detector, luz reflexiva difusa emitida pelos ditos ao menos quatro emissores de luz.