CN1309545A - 用于牙菌斑检测的带有荧光装置的牙刷 - Google Patents

用于牙菌斑检测的带有荧光装置的牙刷 Download PDF

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Abstract

一种用以检测牙表面上生物沉积的装置。该装置具有将激励射线导引到检测牙表面上的发光装置,以及在与来自干净牙表面的自体荧光辐射相关的一个波长上检测来自检测牙表面的荧光辐射的检测装置。将来自检测牙表面的所述荧光辐射强度与来自干净牙表面的自体荧光辐射强度进行比较,并且将比较结果与检测牙表面上的沉积存在情况联系起来。该装置优选为嵌在一支牙刷中,它能提示使用者沉积存在以及沉积存在被清除。

Description

用于牙菌斑检测的带有荧光装置的牙刷
本发明涉及一种用于检测牙表面上的生物沉积、更确切地是牙菌斑沉积的新型装置，具体而言，本发明涉及用于此目的的、以荧光测量法来检测此类沉积的装置，更确切地说，本发明涉及用于此目的、装在手动或电动牙刷上的装置。
此处所说的“生物沉积”一词通常是指生物源材料的沉积，诸如牙菌斑、细菌、牙石、牙垢等，这些通常被认为是不利于牙卫生的。牙菌斑是一种复合有机沉淀，部分成因是细菌或诸如食物残渣之类的杂质在牙齿上活动而形成的，它是龋齿形成和发展的不良先兆。
所期望的是，在诸如用牙刷清除此类沉积之前检测出牙上的沉积，这样，对牙的清洁可集中在检测到有此类沉积的区域，此类沉积很难在口腔内现场从牙上检测到。检测出牙菌斑是尤其重要的。公知的检测牙菌斑的方法是采用荧光测量法，在目前技术水平下有两种用荧光检测牙菌斑的方法：辅助(secondary)荧光法和自体(auto)荧光法。在辅助荧光法中，被怀疑有牙菌斑附着的牙齿被涂以一种荧光标记材料，该材料优选与牙菌斑结合在一起，当没有结合的多余材料从牙上被冲洗掉以后，在牙齿上与牙菌斑结合在一起的标记材料的部位随激励照射而发光，这种荧光辐射被检测到，从而标示出牙菌斑的存在。WO92/06671和WO97/01298公开了基于辅助荧光法的典型方法和利用这类方法的装置。
自体荧光法不使用荧光标记材料，代之以检测牙菌斑自身随激励照射而发出的荧光辐射。US5382163、DE29704185、DE29705934、EP0774235，和WO97/01298公开了此类方法和实施这些方法的装置。在这些公开文献中，一般检测到辐射波长在大约600nm以上的的牙菌斑自体荧光辐射，提示存在牙菌斑。
已知光学方法还用于牙龋检测，即对由没有除去的牙菌斑引起的牙病的检测，此类典型方法公开在US4290433、EP0862897和WO97/42869上，但这些方法不能检测出牙菌斑自身。
目前所公开的检测牙菌斑的方法和装置都不是最佳的，尤其在只有相对较小的牙菌斑存在的情况下。但是在这种情况下，牙清洁是最好的方法，以便在牙菌斑积累起来前就将牙菌斑的早期沉积清除掉。对于不同的人来说，牙菌斑有不同的特征，所以期望能提供一种能“个人化的”系统。需要将荧光标记材料施加到牙齿上的方法不方便。
因此，本发明的一个目的是提供一种用以在口腔内检测牙齿上的生物沉积的装置和一种方法，它至少部分解决目前技术所存在的问题。
根据本发明的第一个方面，一种用于检测牙表面上的生物沉积的装置包括：
将激励射线照到检测牙表面的发光装置；
在一种与一个基本无生物沉积的牙表面的自体荧光辐射相关的波长上检测牙表面的荧光辐射的检测装置；
在一种与一个基本无生物沉积的牙表面的自体荧光辐射相关的波长上将所检测牙表面的所述荧光辐射强度与一个已知生物沉积要少于所检测牙表面的自体荧光辐射强度相比较的比较装置；
将获得的比较结果与所检测牙表面上生物沉积的情况联系起来的装置，以及
用以提示装置的使用者存在此类生物沉积的指示装置。
检测牙表面可以是使用者口中被确认或怀疑上面有诸如牙菌斑之类的生物沉积的、或者是使用者期望检测牙菌斑存在的牙表面，通常目的是使用诸如牙刷来清除此类沉积。
为方便起见，已知一个牙表面比所检测的牙表面存在的生物沉积少，将该牙表面称为一个“干净”牙表面。一个干净牙表面上可以有生物沉积，但其数量要少于检测牙表面上存在的沉积，或者最好是没有或基本没有生物沉积。
本发明的这个方面的装置是基于发现了如下现象，即一个无生物沉积的牙表面当激励射线照到上面时，会发出一个强烈的且可容易检测的自体荧光辐射，通常强度峰值出现在波长约为450nm处，但在更高波长处也有相当的强度，而且，即使是少量诸如牙菌斑的生物沉积存在于牙表面上，该自体荧光辐射也会急剧地衰减，所以如果牙表面上存在生物沉积，则该自体荧光辐射的强度就会减少。另外还发现，自体荧光的这个特性不受牙表面其它特征，诸如由于自然变化、年龄、性另和吸烟引起的沉积(烟垢)等引起的牙齿颜色或自然反射率的影响，因此该装置和方法的使用足以保证不受由于不同装置使用者的牙的变化所带来的影响。另外，已经确认，大部分销售的牙膏在受到引起牙表面或它上面的生物沉积所发射的荧光辐射射线后不发出荧光，而且它们的光谱也区别于来自于自然釉质的光谱，所以确信对本发明装置的操作不会受到干扰。
尽管用于激励荧光的激励射线的优选波长低于420nm，但这样的短波长射线在某些情况下可能对牙组织有害，因而，出于安全的原因，激励射线的优选波长为470±40nm。合适的和优选的发光装置在后面将予以详细讨论。
一个无生物沉积的牙表面发出的荧光辐射波长在420nm以上，典型地如图1所示强度的峰值在约450nm以上，因而，检测装置可检测出这样的波长在420nm以上的荧光辐射。
特别是为了区分激励射线和荧光辐射，适合的检测装置检测的荧光辐射射线在波长520nm以上。在这些波长情况下，来自于没有或基本上没有生物沉积的牙表面的自体荧光辐射仍然很强，所以优选的是在波长约530nm以上、如在530-630nm段上测量荧光辐射射线。
用于比较来自干净牙表面与来自检测牙表面的自体荧光辐射的相对强度的装置可包括一个电信号/数据处理系统来处理与自体荧光辐射相对应的电信号。最好是系统测量的范围在上述强度/波长图中。能实现该目的的适合的信号/数据处理系统在本领域中是公知的。
来自干净牙表面的自体荧光辐射的强度可以用许多方法来确定。
在本发明装置的一种结构中，对于上面提及的不同人之间的给定激励辐射强度而言，来自没有或基本没有生物沉积的牙表面的自体荧光辐射强度可以处理成一个常量，这样的强度可以凭经验确定，并且作为一个参考标准存储在装置中，作为装置的构成部分提供给使用者，例如，可存储在它的电子装备和/或软件中。
在一个备选结构中，该装置最初可用于使用者牙中一颗据信为干净的牙表面、如牙冠或诸如前面的门牙上，这些牙表面上通常没有堆积或只堆积了相对很少的诸如牙菌斑的生物沉积。在许多情况下，这样的“干净”表面能被认为是基本无生物沉积的牙表面。来自干净表面的自体荧光辐射强度可被测得，并且作为一个基准用以与来自检测牙表面的辐射强度相比较。在使用者将该装置第一次用于干净牙表面后，该装置随后即可用于检测牙表面，而且可在干净牙表面和检测牙表面测得的自体荧光辐射之间进行比较。
在另一个备选结构中，检测装置可以在使用者牙上的位置间移动，诸如沿牙表面横向移动，诸如在使用者的许多或所有牙上移动。因而，由于这种移动，激励射线即被导向到相同或不同牙的许多牙表面上，这些表面的生物沉积的数量可能不同，即有些表面存在的生物沉积相对少，即这样的一些表面相对于检测牙表面来说是“干净的”。例如，检测装置可以在牙根部和前面解释为可能基本没有生物沉积的诸如牙冠部或诸如门牙之间移动，这种方式被称为是一种“动态”检测，即装置在使用者牙齿上移动工作。
由于在这个结构中，本发明的这个装置在使用者口中的牙表面上移动，所以它将遇到存在有生物沉积的检测牙表面部位，还将遇到牙齿的干净部位。因此，由于检测装置在牙表面上沿使用者的嘴移动，因而检测到的荧光辐射射线强度将在代表具有生物沉积的检测牙表面的最小值与代表干净牙表面的最大值之间变化。所以，当该装置沿使用者的嘴移动时检测到的荧光辐射的变化可能表现为一系列随时间变化的强度峰值和/或平稳段(以后总体称为“峰值”)。而且这些峰值将表示出在具有生物沉积的检测牙表面和干净的牙表面之间部位的变化，相对低的峰值出现在前者，而相对高的峰值出现在后者。这些相对低和高的峰值之间的高度差别代表了检测牙表面上的生物沉积在数量上的差别。具有这种结构的装置可能测出单个牙的检测牙表面上存在的生物沉积。
另一方面，该装置在使用者的几颗或所有牙上移动，通过检测这段时间里的荧光辐射峰值，即可检测出在一个或多个检测牙表面上的生物沉积存在情况，这样就能表示出“整张嘴”的沉积存在情况，即显示出使用者口中哪些地方有生物沉积，但不可能给出在确定的牙上的精确位置。
另外或另一方面，该装置可以采用脉冲高度分析(一种公知技术)通过内部电子设备和/或软件装置适用于测量最高与最低峰值间的差。当这差值发生改变即减小时，代表越来越多的牙表面变干净了，在诸如刷牙的牙清洁过程中，这就表明沉积存在并且正在被清除。
另外或另一方面，诸如通过再一次应用脉冲高度分析，该装置可适用于测量最高和最低峰值的平均值。当该平均值增加时，就代表越来越多的牙表面变干净了，在一个刷牙过程中，这就表示沉积存在并且正在被清除。
在发光装置没有将激励射线对准牙表面的部位和/或当一个/多个检测装置没有放在适合于检测来自牙表面的荧光辐射的部位时，有可能有“假的”荧光辐射最小值出现，例如，当发光装置和/或检测装置对准了或靠近到牙缝、口腔中除了牙以外的其它部分或牙填充物时，这就可能出现上述情况。本发明的装置可构造成能忽略这样的假最小值，即忽略低于一个特定确定值的任何荧光强度峰值，例如仅对在某一特定限制范围内的强度峰值作出响应，而在这个相关限制范围中，那些来自牙表面的荧光辐射是被期望发生的。
因此，根据本发明装置的这个最后描述的实施例，检测装置可构造成：检测在一段时间里的荧光辐射，在这段时间中，检测装置从一个牙区域朝一个或多个其它牙区域移动；检测随时间变化的辐射强度的峰值；以及测量和比较这些峰值的高度。
在这个实施例中，更具体而言，该装置可构造成测量这些峰值的最低值与最高值间的差值，而且把该差值与生物沉积的存在情况联系起来，并且告知使用者，例如，可能出现相差5-90％，诸如5-50％的情况。另一方面或另外，在这个实施例中，该装置可构成测量这些峰值的最低值与最高值间的差值，然后计算出平均值，然后把该平均值的一个增加量与生物沉积的存在情况联系起来，并且随后告知使用者，通常可能出现的平均增量为5-90％，例如5-50％。
这些荧光辐射强度峰值的检测以及峰值高度的测量和比较在具有现代检测及电子和数据处理能力的系统中是很容易实现的。
在本发明装置的另一个备选构造中还可提供这样的检测装置，即检测来自两处分隔的牙表面部位的荧光辐射，并比较来自这两处分隔表面的荧光辐射的相对强度，以将任何这种差别与牙表面上的生物沉积的存在情况联系起来；并把这样的沉积存在情况告知使用者。
如果分隔开的两个部位间的距离合适，则很可能如果一个部位上有生物沉积，而另一个部位将是干净的。两个部位间合适的最大间距可以最大到牙的高度，即从齿龈(即齿龈的边缘)到牙冠的跨间距离。因而，通常两个部位间的间距可以从约2mm到齿高如2-10mm。
这种构造的装置可以有安放位置相关的两个检测装置，所以当装置伸入口中时，两个检测装置中的一个可能贴近牙齿、位于或接近齿龈线，而另一个位于或接近牙冠。例如，如果本发明的装置包括一个牙刷头，则这两个检测装置可能安放在横跨牙刷头宽度的位置上(即方向垂直于手柄方向)，所以当该牙刷头用于刷牙时，这两个检测装置很可能变成以上面描述的那种方式安放。
在该装置的上述实施例中，可以至少有两个检测装置，其中的至少两个以上面提到的距离间隔放置。对两个间隔距离的荧光辐射的检测可以同时进行。在这两个间隔部位测得的荧光辐射强度间的任何差别能与生物沉积的存在情况相联系起来。当然，在使用中可能发生这样的情况，即在间隔部位的一处，如两个或多个检测装置中的一个不是在适合于检测来自牙表面的荧光辐射的地方，例如它贴近了牙缝、口腔组织和牙填充物等。在这种情况下，在间隔部位测得的荧光辐射强度的差值很可能超出在有生物沉积的检测牙表面与干净表面之间预期出现的最大差值，因而该装置可构造成忽略大于给定确定值的所有这些差值，例如，仅对在确定给定范围内的差值作出响应。
在实际过程中可能会发现，即使整个牙表面都是“干净的”，来自该牙的不同部位的荧光辐射也可能不同，更具体而言，沿牙的纵轴方向可能会出现辐射强度的梯度，可探测到，在接近牙根的牙颈或齿龈边缘部位处的强度要大于牙的切齿或牙冠部位。这个梯度可能受到诸如牙菌斑的生物沉积的存在情况影响，因为更多的沉积可能堆积在靠近牙根处，因而，在有生物沉积的牙上，与干净牙相比，该梯度可能更陡。所以本发明的装置可构造成当装置从牙表面的一个部位移动到另一部位时，装置能探测到和/或测量出这样的一个梯度。例如，该装置可构造成在牙清洁过程中能检测和/或测量在这样一个梯度上的变化，如该梯度的斜度减小，因为由于生物沉积从诸如牙根处被清除，在牙根和牙冠之间的荧光辐射强度的梯度很可能减小。该装置可构造成利用上述梯度的变化来指出在牙测试表面上生物沉积的存在情况。
最后描述的这个装置尤其适于检测单个牙上的沉积，而且也可以适于检测在使用者的若干牙或所有牙中哪些地方存在牙沉积，例如，提供给使用者指出其整个口腔中有生物沉积存在的一个“整个口腔”的指征。
本发明装置的设置和校准，例如设定被检测的、被测量的以及与所检测牙表面的生物沉积存在情况相关联的荧光辐射强度的限制范围，设定装置响应强度的限制范围等等，都是本发明装置的任何具体构造的一个设计问题。凭借本领域专业人员的能力，采用现代电子设备和内部嵌入的软件可能很容易地实现这些问题。例如本发明的装置可设置成对来自干净牙表面与来自有生物沉积的检测牙表面的荧光辐射强度之间的特定百分比差值作出响应，例如，该装置可设置成对来自干净牙表面与来自有生物沉积的检测牙表面的荧光辐射强度之间的相差范围在1～90％之间的差值作出响应，诸如，相差范围在1～5％、1～10％、1～20％、1～30％或更大。
将获得的比较结果与在检测牙表面上诸如牙菌斑等生物沉积的存在联系起来的装置还可包括一个信号/数据处理系统，该系统通过编程将产生于检测牙表面的自体荧光辐射强度与来自一个基本无生物沉积的牙表面的自体荧光辐射强度之间的差值与诸如牙菌斑等生物沉积的存在联系起来。该信号/数据处理系统可包括一个装在装置内部的专用集成电路(“ASIC”)，例如，该数据处理系统可将任何这类差值与诸如牙菌斑等沉积的存在相联系。另一方面，该数据处理系统可通过编程仅将大于一个预定数量的差值与诸如牙菌斑等沉积的存在例如在上面提及的限制范围内联系起来。
本发明的进一步的特征是基于在牙表面上的牙菌斑有其自身固有的自体荧光辐射这个事实，正如前面对目前技术水平的讨论中所提及的，例如，US5382163、DE29704185、DE29705934、EP0774235以及WO97/01298都公开了牙菌斑的这类荧光辐射的波长在约600nm以上。
当据信为牙菌斑的牙表面上的生物沉积被波长低于约500nm、优选小于450nm的射线照射下，已发现产生的自体荧光辐射的最大辐射强度出现在波长约为530nm至约630nm之间，更确切地说是具有两个最大辐射，一个出现在约540～550nm之间，另一个出现在610～620nm之间。这两个最大值的发现被认为是新颖的发现。
当只有少量生物沉积存在于牙上时，则与没有或基本没有生物沉积相关的自体荧光辐射可能很强烈，因而来自沉积自身或诸如牙菌斑等沉积组成物的自体荧光辐射探测不到，即它淹没在与牙表面自身材料相关的自体荧光中。然而，随着牙上诸如牙菌斑等生物沉积量的增加和/或沉积年代的增加，由沉积自身或诸如牙菌斑等沉积组成物发出的自体荧光通常也随之增强，直到该自体荧光辐射强度达到不管与没有或基本没有生物沉积相关的自体荧光如何都能被检测到的程度。当沉积很厚或时间很长时，来自沉积自身或它的组成物的自体荧光辐射将占支配地位，不管与牙表面自身材料相关的自体荧光如何能很容易地被测得。
因而存在一个连续光谱，当只有少量沉积或只有一薄层生物沉积存在时，可采用如前面描述的本发明的第一方面的装置和方法来测量生物沉积；当存在很多生物沉积时，就可以对来自生物沉积或诸如牙菌斑等沉积组成物本身的自体荧光辐射进行测量。
因此，在本发明的一个优选实施例中，本发明的装置另外包括：
以一个与来自牙表面上生物沉积的自体荧光辐射有关的波长来检测来自检测牙表面的自体荧光辐射的检测装置，和
将这个自体荧光辐射与检测牙表面上生物沉积的存在联系起来的装置，以及
用以提示装置使用者存在生物沉积的指示装置。
优选的是，该检测装置能够以一个与来自牙表面上的牙菌斑的自体荧光辐射相关的波长来检测来自检测牙表面的自体荧光辐射。
这些检测装置可以检测来自生物沉积的具有前面所揭示的与来自牙菌斑的自体荧光有关的波长的自体荧光辐射。优选的是，该装置能检测前面提及的波长在约530nm～约630nm之间的两个辐射最大值中的其中一个或这两个。
如前面所述，来自牙表面上诸如牙菌斑等生物沉积的自体荧光辐射的利用本身被认为是新颖的，因此，本发明的又一个方面是提供一个用于检测在检测牙表面上的生物沉积、更确切地说是牙菌斑的装置，该装置包括：
用于检测来自检测牙表面上生物沉积的波长在约530nm～约630nm之间的自体荧光辐射的检测装置；
将来自生物沉积的自体荧光辐射与检测牙表面上生物沉积的存在相联系起来的装置；以及
用以提示装置使用者存在生物沉积的指示装置。
优选的是，自体荧光的检测在前面提及的两个辐射最大值中的一处或两处进行，即一处在波长约为540～550nm处，另一处在波长约为610～620nm处。
来自生物沉积的自体荧光辐射适宜由装置将激励射线照到检测牙表面上来产生，这个激励射线可以是与本发明第一方面的装置中使用的波长相同的激励射线。
用于上述方面和本发明优选实施例中的合适的发光装置可以包括一个诸如发光二极管(LED)的发光源，其中该发光二极管能够发出在可见光谱的蓝色光谱段中的辐射线)，最好是包含的射线波长在430～500nm之间，这样的发光二极管(即辐射线在480±50nm内)是可以买到的。该发光二极管优选应当是低功率的，以使功耗最小，发光二极管合适的工作电源为5～20mA。
来自诸如发光二极管的激励射线可经一个光导管导向牙表面，例如光导管可以是一束或多束光纤。市场上很方便得到的光纤即可使用，但对插入使用者口中而言，塑料材料要优于玻璃纤维，这样可将断裂或划伤使用者牙龈或其它口腔组织的风险降至最低。适于用作光纤的材料在接受激励射线照射时应当不发出任何荧光。已发现，约0.25～2.0mm(即250μm～2.0mm)的光纤适用于此目的。而且，依据牙表面上对诸如牙菌斑的生物沉积检测的范围大小，已发现一束光纤最大至约4mm是合适的。在光源与检测牙表面间的光路上加入滤光器可能是适宜的，以确保那些能引起荧光辐射的波长下的激励射线优先被引导至检测牙表面。在光源与检测牙表面间的光路上加入聚光镜，诸如一片或多片透镜也可能是适宜的，以保证激励射线聚焦和集中到检测牙表面。
如果发光装置发出波长低于约420nm的射线，则出于安全原因优选设置一个截止滤光器，以防止那样的射线到达使用者的组织。这一类的适合的滤光器是公知的。这类适用的滤光器是一个分光滤光器，例如分光镜，它在激励射线的波长上发生反射，而在所发出的荧光射线波长上能透过。从阻断这种低波长射线的方面来说，由于该分光镜便宜且适宜，因而为优选。
检测装置可包括一个通用的检测器，如一个半导体光电二极管。在检测器和检测牙表面间的光路上加一个滤光器可能是适宜的，以保证那些荧光辐射优先引导至检测器。在检测器和检测牙表面间的光路上加入聚光镜，诸如一片或多片透镜也可能是适宜的，以保证荧光辐射聚焦和集中到检测器上。该检测装置还可包括一根光导管，例如如上面描述的由一根或多根光纤组成的光纤束，以便将来自牙表面的荧光辐射引导到用于荧光辐射射线的检测器。
尽管可采用独立的光导管用于引导激励射线和荧光辐射射线，但可备选的是，在光导管的部分长度上，两种射线可共用一根光导管，并且可使用公知类型的一个光束分离/合并器，以适当的方式分离和引导激励射线和辐射射线，例如可使用同一光纤引导激励射线和发出的荧光射线。激励射线和发出的荧光射线可采用分光滤光器来滤光。
将激励射线和荧光辐射的检测同步调制和/或锁相在诸如20～500Hz是优选的，例如在100～300Hz，合适的是在200Hz周围，所以能轻易地从诸如使用者口腔外面的光源等背景辐射中将荧光辐射识别出来。最好应当避免在主电源频率(通常为50～60Hz)或它的倍数上调制，以避免来源于使用者环境中电灯光的干扰。
在本发明的一个优选实施例中，构成发光装置的光导管和检测装置的光导管的光纤可以相互间捆扎成束放在一个合适的导管中，并且端接在一个共用的光学探测头，诸如一个透明的罩盖或一个聚焦的发送/采集探测头上。这样的一个探测头可以包含一片或多片透镜，它可将来自发光装置的激励射线聚焦到检测牙表面上，并可将来自检测牙表面的荧光辐射聚焦进入光导管。光纤相互间的捆扎成束可以是随意的。可备选的是，光纤可以这样捆扎成束，即：构成发光装置的光导管的光纤或者构成检测装置的光导管的光纤可以围成一个中心孔，该中心孔由分别构成发光装置的光导管或检测装置的光导管的光纤环或多边形围绕着。如果用于激励射线和辐射射线的光导管是独立的光纤，则由于荧光辐射射线的强度低，最好用于辐射射线的光导管的纤维数量要多于用于激励射线的光导管纤维数量。
用于将诸如牙菌斑等生物沉积的存在提示给装置使用者的装置可以包括一个能给使用者一个可见信号(如光)或可听信号(如声音)的电子装置，以提示存在这类生物沉积。例如，这样一个装置可以仅当有显著量的生物沉积存在时给出这种信号，并且当生物沉积被清除后停止给出该信号，或者备选的是，当生物沉积存在时，该装置可以不给出信号，但当生物沉积没有的时候给出这样一个信号。两者选一的提示模式对本领域专业人员来说是公知的，这样一个装置的构造对电子领域的专业人员而言显而易见。
在本发明的一个优选实施例中，该装置包括一支牙刷，例如可将引导激励射线至检测牙表面的装置和检测来自检测牙表面的荧光辐射的装置装入牙刷头中，例如将前面描述的一根或多根光纤装入并端接在安放于刷头中的一个光学探测头上，因此，该光学探测头能很方便地贴近使用者的检测牙表面，例如近至1cm或更小，近似于牙刷毛的通常长度。这种牙刷在它的头上还可装有常用的清洗硬毛，而且在一个实施例中，该清洗硬毛可以本身包含有或装有一根或多根这样的光纤，从而构成了一个探测头。所述牙刷可以手动使用，或更通常的情况下可以是一个电动牙刷，即其中装有牙刷毛的牙刷头靠一个电马达来驱动。
装有探测头的头部可以是牙刷的一个固定部分，或者备选和优选的是可以更换的。一般地，发光装置、检测装置和其它电子信号/数据处理装置等以及一个合适的电源(如电池或外接电源接头等)均可以设置在牙刷柄中间。如果这样的牙刷有一个电驱动清洗刷，则在该构造中，所有电子元件如驱动马达等都能装入牙刷柄中。
如果本发明的装置装在一个牙刷中，则它可被构造成便于指出使用者牙表面上生物沉积的初始存在情况，而且在经过一段适宜时间的刷牙后指出生物沉积量减少或已不存在。这样的一个牙刷可被构造成为使用者指出在使用者的牙的某个区域有生物沉积存在，并且需要继续刷牙，以除去沉积。
因而，本发明还提供了一个装有如前面描述的装置的牙刷，这样的牙刷最好构造成具有能为使用者指出初始存在于牙上的沉积已经通过刷牙过程被清除的装置，和/或为使用者指出即使经过一段时间刷牙后沉积依然存在并需要继续刷牙的装置。
可备选的是，该设备可包括一套牙科器械，例如一套适合于牙科医生在口腔内实施对患者的病牙进行检查的牙科器械。
在使用时，可以先清洗检测牙表面，如初步冲洗，以清除那些可能遮住检测牙表面的残渣和其它不固定的沉积以及杂质，然后将装置放到检测牙表面上。当装置提示使用者检测牙表面上存在有诸如牙菌斑的生物沉积时，该牙表面即可做清洁了，例如使用牙刷毛和诸如牙膏的任意一种牙粉混合物来清洁。然后，该装置被重新放到该检测牙表面上，以确定是否依然存在沉积。如果沉积依然存在，则重复上述过程，直到装置提示沉积已被清除。换言之，具体来说，如果装置包含有牙刷，则该装置能很简便地用在刷牙过程中，而且刷牙持续到装置提示沉积已被清除达到了一个满意程度为止。如果在刷牙过程中使用了牙膏，则最好牙膏不含有在由检测装置检测的荧光辐射波长上呈现荧光的成分。
现在将通过实例结合附图参考来对本发明予以描述。
图1显示的是在辐射波长为420～750nm范围内，来自无生物沉积的检测牙表面的自体荧光辐射和来自有牙菌斑沉积的检测牙表面的自体荧光辐射的强度/波长图。
图2显示的是在波长为530nm以上，来自无生物沉积的检测牙表面的自体荧光辐射和来自有生物沉积的检测牙表面的一个更详细的强度/波长图。
图3显示的是来自牙菌斑的自体荧光辐射的强度/波长图。
图4显示的是用于发光和检测装置的包含有光纤的光导管的剖面图。
图5显示的是本发明的装置的探测头的纵剖图。
图6显示的是用于本发明装置的一个光学系统的简要示意图。
图7显示的是本发明的装置在使用中的一个简要示意图。
图8简要显示了本发明的一支牙刷。
图9显示了使用本发明的装置的一种方式。
图10显示了使用本发明装置的另一种方式。
图11和12显示的是来自一组牙上的荧光辐射强度图。
图13显示的是沿牙纵轴方向的荧光强度-距离图。
如图1所示，自体荧光辐射的波长(nm)表示在横轴方向，强度(任意单位)表示在纵轴方向。一个干净的检测牙表面、即已经通过公知的方法清除了生物沉积而变干净的表面接受波长小于420nm的激励射线的照射，产生的来自无生物沉积的牙表面的自体荧光强度可采用通常的荧光检测显微镜来测量。可以看到该辐射的强度/波长图如图1中的线11所示。最大辐射在约450nm处。当牙表面随后被一层新近的牙菌斑覆盖时，再一次象上面那样测量检测牙表面在受到波长小于420nm的激励射线照射下产生的自体荧光辐射的强度。可以看到该辐射的强度/波长图如图1中的线12所示。在约410nm处，辐射强度的峰值显著变小。
根据图2，自体荧光辐射的波长(nm)显示在横轴，强度(任意单位)显示在纵轴。在图2中，图1中显示的在530nm以上波长的自体荧光强度的那部分经放大后显示。图2的曲线21显示的是基本无生物沉积的牙表面的自体荧光强度，图2的曲线22和23依次显示的是存在数量递增的生物沉积的自体荧光强度。从图中可以看出，在那些可由低于530nm的激励射线产生的较高波长上，荧光辐射强度的衰减足以使它们很容易被检测到。
图2还简要显示了一颗牙的剖面，其中该牙上有一个干净的牙釉面24。在该牙上还有一块逐渐变厚的诸如牙菌斑的生物沉积25。对应于一个干净区域和牙菌斑厚度依次增加的两个区域的荧光辐射强度分别表示成I21、I22和I23。
根据图3，自体荧光辐射的波长(nm)显示在横轴，强度(任意单位)表示在纵轴。一个其上有厚的生物沉积而且该沉积被确认为是新的牙菌斑的检测牙表面受到波长小于420nm的激励射线照射，引起的来自沉积覆盖表面的自体荧光强度可用通常的荧光检测显微镜来测量。可观察到，辐射峰值在约530～630nm之间，更确切地说是两个辐射峰值中的一个在约540～550nm处(如图3中的峰值31)，另一个在约610～520nm处(如图3中的峰值32)。
图4显示的是整个光导管41部分的一个剖面。光导管41包括一根导管42，导管中间是一束光纤43、44，包括用于激励射线的光导管43和用于辐射射线的光导管44。这些光纤43和44是随意排列成束的，由于辐射射线强度低的缘故，其中用于辐射射线的光纤44要多于用于激励射线的光纤43。
图5显示的是装在光导管41中的探测头的纵向剖面，其中与图4有关的部分给与了相同的标号。在一个透明的探测头盖56后面，光纤43和44端接于一个公共的探测头表面55上，并夹持在一个端盖57之间，由此构成探测头。在使用时，表面55的前边可以很贴近检测牙表面。
图6是用于本发明的装置的一个光学系统的简要示意。波长为480nm±50nm(蓝色)的激励射线由发光二极管61产生，一组三个分光镜62、63、64将波长在480nm以上的光线引导至能将这些光线聚焦至光导管66的聚焦镜65处。这些分光镜能防止任何大量的波长低于480nm的光线被引导到检测牙表面，使来自这些光线的任何有害于使用者的风险降至最低。光导管66是一束沿着其能将光线引导至牙表面67的光纤，并且荧光辐射射线沿该光导管返回。透镜65聚焦荧光辐射射线，分光镜64只将波长在530nm以上的荧光辐射射线传送到达透镜68处，透镜68将这些荧光辐射射线聚焦到检测器69。
图7显示的是本发明的装置的一个简要示意图。该装置包括一个发光装置，该发光装置本身包含了一个发光二极管形式的光源71和能导引激励射线的聚焦系统，它将激励射线即发光二极管发出的光沿包括一束光纤的光导管72从如图4和图5中所示的探测头73处导引至检测牙表面74上，其中在牙表面上有诸如牙菌斑75的沉积。来自牙表面74和/或沉积75上的荧光辐射通过探测头73收集，由包含一束光纤的光导管76导引至检测装置77。上述过程即是检测来自检测牙表面74的荧光辐射。这种辐射的波长可能与来自基本无生物沉积的牙表面的自体荧光辐射和/或来自沉积75的自体荧光辐射有关。
来自检测装置77的电信号随后到达信号/数据处理装置78，该装置78可以包括：将来自检测牙表面的自体荧光辐射强度跟一个与来自基本无生物沉积的牙表面的自体荧光辐射有关的自体荧光辐射强度相比比较的装置，将获得的比较结果与检测牙表面上的沉积存在相联系的装置，以及/或者将来自沉积的自体荧光辐射与检测牙表面上的沉积存在联系起来的装置。该信号/数据处理装置78可以相应地包含一个微处理器，而且可预装标准的诸如与来自基本无生物沉积的牙表面的自体荧光辐射有关的参考强度数据，和/或与来自牙菌斑的自体荧光辐射有关的参考强度数据。
信号/数据处理装置78的电信号输出被送到指示装置79，该装置借助合适的信号为装置使用者提供有关的诸如牙菌斑等生物沉积存在的情况，例如提示沉积不存在，或者提示沉积存在，或者提示存在的沉积已被清除。
发光装置71、信号/数据处理装置78和指示装置79均由电源710供电，该电源710可以是一个调制电源，例如受信号/数据处理装置78的控制。使用者通过控制器711控制整个装置。控制器711可以包含一个简单的通/断开关和/或一个方式选择器开关，例如用以决定指示装置79给出信号的性质、和/或装置的操作方式，即它是检测与基本无生物沉积的牙表面有关的荧光辐射波长，还是检测来自生物沉积的荧光辐射，或者两者皆可。
在使用时，探测头73与检测牙表面74贴得很近，光源71发出的激励射线经光导管72导引至表面74，而且探测头73收集荧光辐射射线，并经光导管76将荧光辐射射线导引至检测装置77，其中的荧光辐射射线可以是在与基本无生物沉积的牙表面相对应的波长上，或者在与生物沉积相对应的波长上。光源71和检测器77的运行被调制成同步，来自检测器77的电信号被输入信号/数据处理装置78，随之产生信号/数据处理装置78的输出信号，该输出信号输入到指示装置79，提供给使用者一个合适的信号。
在一种使用方式中，探测头73非常贴近一个已知的没有生物沉积的参照牙表面74A，诸如使用者门牙的一个表面上，并且如前所述，用调制的方法通过探测头73将荧光辐射收集并通过光导管76导引至检测装置77，其中的荧光辐射可以是在与基本无生物沉积相对应的波长上，或者在与生物沉积相对应的波长上。来自检测器77的电信号被输入至信号/数据处理装置78，并且该信号可用来产生强度参考数据。装置随后用于检测牙表面75上的诸如牙菌斑等生物沉积，即在信号/数据处理装置78中用来与来自检测牙表面74的荧光辐射检测数据相比较。在这种方式下，指示装置79可提示使用者这样的参考数据已经产生。
图8简要显示了牙刷81的整体，该牙刷81包含有牙刷柄82、装有多簇清洁用牙刷毛84的牙刷头83和连接两者的颈部85。在接头86处，牙刷头83可以从颈部85取下更换。探测头73平行于牙刷毛84从头部83伸出，它所具有的通常结构如图5所示，即是柔软、可弯曲的光纤束，在长度、直径和质地上都与牙刷毛簇84相接近。图中显示的是一个探测头73，但牙刷头83可包括两个或多个探测头。探测头73通过光导管72、76连至牙刷柄82，牙刷柄包括具有一个发光二极管的光源71、检测装置77、信号/数据处理装置78和电源710，而且在它的外表面上具有指示装置79和控制开关711，接头86被做成使得探测头73和牙刷柄82之间形成良好的光连接。
在使用时，通过控制开关711使牙刷接通电源并用以刷牙。探测头73采用这里描述的方法来检测生物沉积的存在，并通过指示装置79提示使用者沉积的存在情况。该指示装置79还可以提示使用者这样的信息：装置通电、电池电压过低、在86处存在连接故障或者由于诸如在牙刷毛84上的探测头已经磨损而需要更换牙刷头83。如果牙刷81提示使用者牙沉积存在，则使用者可持续刷牙，真到沉积已经被清除。牙刷柄82还可包括一个可选的用以驱动电动牙刷头83的马达87和驱动装置88。
图8还显示了有两个探测头73的两个牙刷头89和810，在牙刷头89中，这两个探测头73沿牙刷81的头-柄纵向轴线排列，而在牙刷头810中，这两个探测头73沿牙刷81的横向轴线放置(即此方向垂直于头-柄纵向轴线)。如图8所示，牙刷头89和810可以是适用于牙刷柄82的可更换头部，如图8所示的使用成对探测头73能使牙的更大范围同时被检测，或者通过装置内部的电路和软件能使生物沉积的检测更加精确。可备选的是，在牙刷头89、810上的这两个探测头73可以参照随后的图10中的方式使用。
图9显示的是本发明的装置的一种使用方法，图9A显示的是从使用者的牙龈线95伸出的一组牙齿91、92、93、94的简图，并显示了横跨这组牙齿91、92、93、94的距离。在牙上面有生物沉积的区域表示为91A、92A、93A，并且在这些牙之间还有牙缝隙96、97、98，牙齿94有一块汞合金填充物99。
一种如图8所示的装在牙刷头中的类似41、73那样的探测头例如在刷牙过程中以不规则路径A-A移动横穿过牙齿91-94。在这个路径下，除了那些没有生物沉积的干净区域、即在牙齿91-94上显示的干净区域以外，探测头41、73还碰到了上面有生物沉积的区域91A、92A和93A以及牙缝96、97、98和填充物99。
图9B所示的是在一个“动态”测量过程中，即探测头41、73在路径A-A上横移过牙齿91-94时检测到的来自牙齿91-94表面的荧光辐射I的强度-时间图。该强度-时间图显示了与牙齿91-94干净区域相对应的高波峰和平稳段910、与牙齿91-94上有生物沉积的部位相对应的较低的波峰和平稳段911以及与牙缝96、97、98和填充物99相对应的波谷912。
高波峰910的最高点的荧光强度为I1，低波峰912的最低点的荧光强度为I2。设定一个下限I0，它高于波谷强度912，但低于I2的水平。将装置设定成在使用过程中忽略任何小于I0的荧光辐射强度，I1-I2大于零表示生物沉积存在。该装置还可设置为将I1-I2大于一个确定值的情况与生物沉积的存在联系起来，并在此基础上提示使用者有沉积91A、92A和93A存在。该装置还可构造成计算荧光辐射强度的平均值Im。
图9C显示了表面没有生物沉积的一组牙齿91-94。类似41、73那样的探测头横向移过牙齿91-94的表面所产生的相对应的荧光强度/时间图如图9D所示。如从图9D中所看到的那样，尽管I1-I2的差值仍然大于零，但要明显小于图9B中的I1-I2的值。可以在装置的软件和/或电路中设定某个确定值，如果图9D的这个减小了的I1-I2值小于这个确定值，则可提示使用者牙齿91-94的表面足够干净。图9D还显示，由于沉积91A、92A和93被清除，荧光辐射的平均值Im也随之增加了。
如果在图9中使用的该装置用在如图8所示的牙刷上，则它可设置成提示使用者当I1-I2的差值仍然大于确定的设置值时，需要继续进行突击刷牙。
图10所示的是四颗代表性的牙齿101、102、103和104，其中的三颗102、103、104上面有生物沉积的区域102A、103A、104A，牙齿101整个是干净的，牙齿104有一块汞合金填充物105，牙齿之间有牙缝107。类似41、73那样的两个探测头108、109用于牙表面101、102、103、104，探测头108、109之间的跨度“d”近似于从牙龈线110到牙冠111的牙高度的80％，荧光辐射的强度由探测头108、109各自检测，并且它们的相对强度由装置的电路和软件进行测量和比较。
在牙齿101上，由两个探测头108、109检测的荧光辐射强度基本相等，或者差别小于一个确定值，该确定值是在装置的电路和软件的极限范围设定中设置的，这个小的差别提示使用者牙齿101上没有沉积。
在牙齿102上，探测头108检测出来自牙齿干净部分的荧光辐射，而探测头109测得来自有生物沉积的牙表面区域102A的荧光辐射。这两个探测头108、109测得的荧光辐射强度是有差别的，探测头109测得的强度要小于探测头108测得的强度，但是这个差别还处于装置的内部电路和软件设定的极限以内，并且用以提示使用者在牙齿102上有生物沉积存在。
在牙齿103上，探测头108检测来自牙齿103上有生物沉积的区域103A的荧光辐射，而探测头109处在牙缝中。在牙齿104上，探测头108检测来自牙齿104上干净区域104A的荧光辐射，探测头109贴近一块汞合金填充物110，而填充物上是没有荧光辐射的。对于牙齿103和104二者而言，由探测头108和109检测的荧光辐射之间的差别要大于在装置的电路和软件中预先设置的极限，因而装置将忽视，不会给出错误的读数。
图8中所示的牙刷头89和810包括了适用于图10描述的过程的两个探测头。
下面给出阐述本发明的试验数据。
1．装置构造
在试验中，照射源是一个发出波长为470nm±40nm射线的发光二极管，激励滤光器允许波长为355-490nm的射线到达牙表面，阻挡滤光器允许波长大于520nm的射线通过，而分光镜允许波长在510nm以上的光线透过作为被检测的荧光辐射。
2．基本数据
对16名志愿者做了调查抽样，并且志愿者都接受了彻底的专业牙清洁。荧光辐射数据记录下了在第一象限和第四象限中所有牙(上颌，牙11-17；下颌，牙41-47)的口腔情况(确切的是在上下平分牙的中心线的中点上的情况)。在绝大多数情况下，经评审，釉质都是完好的，但少数情况下存在着牙填充物。在这些情况下，记录下来自填充物的荧光信号。
从中发现，除了最后一颗臼齿(17和47)以外，干净牙的荧光强度随着“牙号”即分别随位置或牙类型的增大而增强。但是还发现，这个来自不同的牙干净表面的荧光辐射之间的差别小得可以不计。从中还发现，来自补牙材料的荧光辐射强度如下所示非常小(通常≥1.0)：
材料    测量次数    范围
汞合金    2       0.05-0.06
黄金      4       0.12-0.15
陶瓷       13    0.01-0.14
复合材料   4     0.08-0.12(一次为1.04)
牙釉质     195   1.00-＞3.4
这表明，由于补牙材料的荧光辐射引发问题的可能性几乎没有。
3．牙菌斑检测
4名志愿者经受了36个小时的所有物理和化学的口腔卫生测量，同时允许牙菌斑生长。在12小时和36小时后，在上颌前面的6颗牙齿上各测量4次，每次测量前和测量后都自我做一次牙清洁。
测得的结果如下表所示：
牙菌斑龄期 牙齿类型 没有牙菌斑范围平均值 有牙菌斑范围平均值 绝对差值范围平均值 相对差百分比％范围平均值
 12小时 门牙 5.89-7.826.52  5.48-6.636.12  0.25至-1.19-0.41  4.1至-5.2-5.6
 12小时 犬齿 6.92-7.967.56  6.84-8.277.42  0.42至-0.82-0.14  6.0至-10.3-1.8
 12小时 门牙 5.66-7.416.23  4.46-6.134.95  -1.06至-1.66-1.28  -1.2至-16.7-11.5
这些数据显示了在与干净牙釉有关的波长下荧光辐射强度随牙菌斑的生长所产生的可计量的差别。这个在牙干净部位与牙菌斑覆盖部位间的相对差别表明，成熟的厚牙菌斑与在12小时后形成的薄牙菌斑相比常常更大程度地减少荧光辐射强度。
4．牙菌斑的“动态”测量
以清除了沉积的天然牙为样本，以它们的自然次序插入一个蜡模中，构成一个人工下颌。用探测头73如一个慢速移动的牙刷那样在这组牙齿上“扫描”。在这种方式下，即以上面描述的与图9相对应的方式得到相对于时间/距离的荧光强度，该强度显示为接触牙齿时表现为高信号，在牙齿间的牙间部位时表现为荧光间隙(低信号)，因此这些间隙可以忽略。
在该试验中发现，对能获得的那些可再现曲线来说，类似牙齿(如前臼齿、臼齿)的荧光波峰在相类似的水平上，并能从曲线上区分出牙釉部位和牙间部位。当扫描到牙边缘时，荧光信号要低于扫描到贴近牙龈部位时获得的信号，代表了干净牙表面的强度的自然梯度。
由于有这样在实验室模拟环境下的成功的结果，因而就实行了在三个志愿者口腔内的检测，其中志愿者将承受两天的所有口腔卫生。在进行细致的自我牙清洁之前和之后实施如上概述的检测。检测是在诸如平行于牙龈边缘的牙切割部位进行的，而且是针对上颌(上颚)和下颌(下颚)进行的。
检测结果表示在图11和12中，图中表示的是牙菌斑覆盖的牙齿的荧光辐射强度和相同的牙在牙清洁以后的荧光强度。图11显示的是靠近牙根(那里常有牙菌斑形成)的部位的测量结果，而图12显示的是靠近牙冠(那里很不容易有牙菌斑形成)的部位的测量结果。
这些结果表明：在口腔中，干净牙齿靠近牙龈的荧光强度要高(见图11)，而在门牙部位的荧光强度要低(见图12)；门牙是几乎没有牙菌斑的地方，在该地方来自牙菌斑覆盖的牙的荧光平均值与来自干净牙的平均值几乎相同，见图11。牙龈边缘是可能有牙菌斑的地方，该地方相对于干净牙来说信号衰减了，见图12。
对于移动探测头扫描过的每一颗牙来说，可以看到，当清除了牙沉积后，荧光辐射强度随之增强了，而且如图11所示，靠近牙龈部位的增加量更大。根据图11所示，在牙清洁之前，即牙沉积存在时，最高波峰与最低波峰间(忽略牙间的“假”最小值)的荧光强度差值(I1-I2)不干净的大约为17.5强度单位。在牙清洁之后，即沉积被除去后，最高波峰与最低波峰间的荧光强度差值(I1-I2)干净的减小到约8.0强度单位，减小了约50％。从图11中还可看到，这些波峰高度的平均值在牙清洁后增加了约20-30％。牙冠部位的类似的结果显示在图12中。当然，(I1-I2)不干净的与(I1-I2)干净的之间的差别和平均值的增加量要比牙龈部位的小。这些数据表示了动态测量给出牙沉积存在提示的可行性。
5．单颗牙的荧光测量
进行试验，以确定沿着牙的纵轴方向，即从牙齿与牙龈线(或牙龈边缘)相交的颈部区域到牙的切割部位(或牙冠)在不同位置的表面上“干净”牙釉的自体荧光辐射是否随位置的变化而不同。这些试验既在牙菌斑覆盖的牙表面上进行，又在干净牙表面上进行。三位志愿者承受了2天的任何生物或化学的口腔卫生。已知这三位志愿者分别有轻度、中度和重度的牙菌斑。然后，在进行专业的牙清洁之前和之后记录下不同类型的牙齿沿纵轴方向上最多4个位置即在颈部区域、牙冠和两个中间位置(位置1为较下边位置，位置2为较上边位置)的牙釉荧光辐射。
在下面的表中给出了一个有较重程度牙菌斑的志愿者的试验结果：
上颌     牙颈部 中间位置1→ 中间位置2→     牙冠部
牙齿序号 没有牙菌斑有牙菌斑 相差百分比[％] 没有牙菌斑有牙菌斑 相差百分比[％] 没有牙菌斑有牙菌斑 相差百分比[％] 没有牙菌斑有牙菌斑 相差百分比[％]
11 35.536.5 +2.7 22.522.0 -2.3 25.022.5 -11.1 26.023.0 -13.0
23 57.045.0 41.034.0 -20.6 23.022.0 -4.5 22.020.0 -10
25 69.062.0 -11.3 52.040.0 -30.0 31.029.0 -6.9 23.020.5 -12.2
26** 86.054.0 -59.3 55.032.0 -71.9 ** 26.023.5 -10.6
下颌
31 33.030.0 -10 25.024.0 -4.2 25.026.0 +3.1 29.028.0 -3.6
33 79.0*71.0* -11.3 63.049.0 -28.6  29.024.0 -20.8 23.521.5 -9.3
35 60.959.0 -1.7 42.035.0 -20.0  29.030.0 +3.3 23.521.5 -9.3
36** 73.060.0 -21.7 50.031.0 -61.3 ** ** 23.5 +16.1
*牙质-牙釉接合处
**仅有2个有效值
下表汇总了三个志愿者的试验结果，它显示了由于牙菌斑的清除而引起的在荧光辐射强度方面的改变。
荧光强度的变化
志愿者 牙菌斑     牙颈部 中间值     牙冠部 中间值
    1 轻度 4.8至-61.0 -1.8  9.6至-8.6     ±0
    2 中度 7.2至-26.3 -8.7  5.6至-9.4     ±1.0
    3 重度 2.7至-59.3 -11.3  16.1至-13.0     -9.7
这一结果表明，沿着牙的纵轴，自体荧光强度随着距离有一个梯度变化，从开始的牙龈边缘(牙颈部)的高荧光强度到牙切割部位(牙冠)的较低和更均匀分布的强度。特别高的值在探测头到达所述的牙质-牙釉(dentino-enamel)接合处时获得。
荧光辐射强度由于牙菌斑而衰减的程度大小与牙菌斑厚度和位置有关。在牙冠部，尽管已发现荧光辐射强度有变化，但对于所有志愿者来说均是预期没有牙菌斑。牙菌斑的清除引起的强度变化的中间值对于轻度和中度牙菌斑形式的是1～0％，对于重度牙菌斑形式的大约是10％。相反，在牙颈部，那里预期有最厚的牙菌斑，因而荧光辐射强度的衰减为最大，例如记录下的对于重度牙菌斑形式的强度衰减约为11％。
这些结果可表示为如图13所示的图形，它显示了在一个对应于来自干净牙表面的辐射的波长上荧光辐射强度随牙上的纵向距离所产生的变化，示出针对干净表面的和存在牙菌斑的。从该图上可以看到，对于沿牙的纵轴从牙龈边缘到牙冠的两个分离的点来说，来自有牙菌斑的表面的荧光辐射强度梯度要比来自干净牙表面的梯度陡。该梯度的测量结果可用作牙表面上牙菌斑检测的基础，并且在牙清洁过程中，梯度的陡度变小的这种变化可能与随后清除的牙菌斑初始情况有关。

Claims (30)

1．一种用于检测牙表面上生物沉积的装置，它包括：
用以将激励射线导引到检测牙表面的发光装置；
检测装置，该装置在与来自基本无生物沉积的牙表面的自体荧光辐射有关的波长上检测来自检测牙表面的荧光辐射；
比较装置，该装置在与来自基本无生物沉积的牙表面的自体荧光辐射有关的波长上将来自检测牙表面的所述荧光辐射强度与来自已知比检测牙表面的生物沉积要少的一个牙表面的自体荧光辐射强度相比较；
将由此获得的比较结果与检测牙表面上的生物沉积的存在联系起来的装置；以及
用以提示装置使用者存在这样的生物沉积的指示装置。
2．如权利要求1或2所述的装置，其特征在于检测装置在波长大于520nm时检测荧光辐射。
3．如前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于来自无生物沉积或基本无生物沉积的牙表面的自体荧光辐射的强度作为一个参考标准被存储在装置中。
4．如前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于该装置构造成使该装置先用到使用者的一个被确认为干净的牙表面上，测量来自该被确认为干净的牙表面的自体荧光辐射强度，并且以该所述的强度为基准，用来与来自检测牙表面的辐射强度相比较。
5．如前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于检测装置可以在使用者的牙齿位置间移动，因而在该移动过程中，激励射线被导引到同一颗或不同牙齿的许多牙表面上，随着装置沿使用者口腔的移动，测量出了检测装置所检测到的荧光辐射的变化，而且将由此获得的测量结果与检测牙表面上的生物沉积的存在情况联系起来。
6．如权利要求5所述的装置，其特征在于该装置适合于测量荧光辐射强度的最高波峰与最低波峰间的差值，并且将牙清洁过程中该差值的变化与检测牙表面上的生物沉积的存在情况联系起来。
7．如权利要求5或6所述的装置，其特征在于该装置适合于测量最高波峰与最低波峰间的平均值，并且将牙清洁过程中的该差值的增加与检测牙表面上的生物沉积的存在情况联系起来。
8．如权利要求5,6或7所述的装置，其特征在于该装置被构造成忽略在一个给定的确定最小值以下的任何荧光强度波峰。
9．如前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于该装置被构造成：
在检测装置从一个牙部位移动到另外的一个或多个牙部位的过程中，检测该段时间中的荧光辐射；
检测随时间变化的辐射强度的波峰；
以及测量和比较该波峰的高度。
10．如权利要求11所述的装置，其特征在于所述装置被构造成测量荧光辐射强度的最低波峰与最高波峰的高度之间的差值，并将该差值与生物沉积的存在情况联系起来，并且随后提示给使用者。
11．如前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于该装置的检测装置能检测来自牙表面上两个分开部位上的荧光辐射，并比较来自这两个分开部位的荧光辐射的相对强度，将该相对强度之间的任何差别与牙表面上的生物沉积的存在联系起来，并提示使用者存在这种沉积。
12．如权利要求11所述的装置，其特征在于所述两个部位之间的最大跨距为牙与牙龈的接合处到牙冠之间的高度。
13．如权利要求11或12所述的装置，其特征在于两个检测装置安放在彼此相关的位置上，因此当装置伸入口中时，两个检测装置中的一个很可能位于靠近牙齿且处于或接近牙龈线的部位，另一个则位于或接近牙冠处。
14．如权利要求13所述的装置，其特征在于该装置包括一个有两个检测装置的牙刷头，检测装置安放成横跨牙刷的宽度。
15．如前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于该装置被构造成随着装置从牙表面的一个部位移动到另一个部位观察荧光辐射强度随横跨牙表面的距离存在的任何梯度，和/或测量这些梯度。
16．如权利要求15所述的装置，其特征在于该装置被构造成检测和/或测量在牙清洁过程中所述梯度的变化。
17．如前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于该装置另外包括：
在与来自牙表面上生物沉积的自体荧光辐射有关的波长上检测来自检测牙表面的自体荧光辐射的检测装置；和
将该自体荧光辐射与检测牙表面上的生物沉积的存在联系起来的装置；以及
用于提示装置的使用者存在生物沉积的指示装置。
18．如权利要求17的所述装置，其特征在于检测装置能够在与来自牙表面上牙菌斑的自体荧光辐射相关的波长上检测来自检测牙表面的自体荧光辐射。
19．一种用于检测在检测牙表面上的生物沉积、更确切地说是牙菌斑的装置，其特征在于包括：
用于检测来自检测牙表面上生物沉积的、波长在约530nm～约630nm之间的自体荧光辐射的检测装置；
将该来自生物沉积的自体荧光辐射与检测牙表面上生物沉积的存在联系起来的装置；以及
用于提示装置使用者存在生物沉积的指示装置。
20．如权利要求19所述的装置，其特征在于检测装置检测两处最大辐射中的一处或两处分另处在约540-550nm和约610-620nm的自体荧光辐射。
21．如前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于激励射线的波长为470±40nm。
22．如前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于激励射线由一根或多根光纤组成的一个光导管导引到牙表面，而且检测装置包含了由一根或多根光纤组成的一个光导管，以将来自牙表面的荧光辐射作为荧光辐射射线导引到检测器。
23．如权利要求22所述的装置，其特征在于组成发光装置和检测装置的光导管的光纤被捆扎成束放于一根适合的导管中，并端接于一个公共的光学探测头上。
24．如权利要求22或23所述的装置，其特征在于由于荧光辐射射线强度较低的缘故，用作辐射射线光导管的光纤数量要多于用作激励射线光导管的光纤数量。
25．如前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于使用一个阻断滤光器来阻止波长低于约420nm的射线到达使用者的人体组织。
26．如权利要求25的装置，其特征在于使用一个分光镜滤光器。
27．如前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于激励射线和荧光辐射的检测是被调制和/或锁相的。
28．如前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于它包括一支牙刷，该牙刷的头中装有将激励射线导引到检测牙表面的装置和检测来自检测牙表面的荧光辐射的装置。
29．如权利要求28所述的装置，其特征在于它被构造成能指出在使用者牙表面上的生物沉积的初始情况，以及指出在经过一段适当时间的刷牙后生物沉积数量的减少或已不存在。
30．如权利要求28或29所述的装置，其特征在于它被构造成能指出在使用者牙齿的一个区域中存在生物沉积的地方，因而需要继续刷牙以清除沉积。
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