ES2608406T3 - Procedimiento de detección de caries - Google Patents

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ES2608406T3
ES2608406T3 ES07837356.0T ES07837356T ES2608406T3 ES 2608406 T3 ES2608406 T3 ES 2608406T3 ES 07837356 T ES07837356 T ES 07837356T ES 2608406 T3 ES2608406 T3 ES 2608406T3
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Victor C. Wong
Rongguang Liang
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Abstract

Un procedimiento para formar una imagen mejorada de un diente que comprende: a) obtener datos de la imagen de fluorescencia del diente mediante: i) dirigiendo luz incidente hacia el diente; ii) detectando la emisión fluorescente proveniente del diente; iii) almacenando un valor de los datos de la imagen de fluorescencia para cada posición de píxel en la imagen de fluorescencia; b) obtener datos de la imagen de reflectancia del diente mediante: i) dirigiendo luz incidente hacia el diente; ii) detectando la luz de la reflectancia retrodispersada desde el diente; iii) almacenando un valor de los datos de la imagen de reflectancia para cada posición de píxel en la imagen de reflectancia; caracterizado porque el procedimiento, además, comprende c) combinar cada píxel de los datos de la imagen de fluorescencia con su correspondiente píxel de los datos de la imagen de reflectancia mediante: i) restando un desplazamiento con respecto al valor de los datos de la imagen de reflectancia para generar valor desplazado de los datos de la imagen de reflectancia, en el que el desplazamiento se aproxima a la diferencia en intensidad entre la distribución de los datos de la imagen de fluorescencia y la distribución de los datos de la imagen de reflectancia; ii) calculando, después de restar el desplazamiento, un valor de los datos de imagen mejorada según una diferencia entre el valor de los datos de la imagen de fluorescencia y el valor desplazado de los datos de la imagen de reflectancia; y por lo cual la imagen mejorada se forma a partir de un conjunto resultante de píxeles de los valores de los datos de la imagen mejorada.

Description

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DESCRIPCION
Procedimiento de deteccion de caries Campo de la invencion
La presente invencion versa, en general, sobre un procedimiento y un aparato para la formacion de imagenes dentales y, mas en particular, sobre un procedimiento mejorado para la deteccion precoz de caries usando fluorescencia y la dispersion de la luz.
Antecedentes de la invencion
A pesar de las mejoras en la deteccion, tratamiento y tecnicas de prevencion, las caries dentales siguen siendo una afeccion dominante de forma generalizada que afecta a personas de todos los grupos de edad. Si no son tratadas debida y prontamente, las caries pueden conducir a un dano permanente del diente e incluso a la perdida de dientes.
Los procedimientos tradicionales para la deteccion de caries incluyen el examen visual y el sondeo tactil con un dispositivo afilado de exploracion dental, a menudo asistido por la formacion de imagenes radiograficas (rayos X). La deteccion usando estos procedimientos puede ser un tanto subjetiva, variando en precision debido a muchos factores, incluyendo la experiencia del dentista, la ubicacion del sitio infectado, el grado de infeccion, las condiciones de visualizacion, la precision y el procesamiento del equipo de rayos X y otros factores. Tambien hay riesgos asociados con las tecnicas de deteccion convencionales, incluyendo el riesgo de danar dientes debilitados y de extender la infeccion con procedimientos tactiles, asf como la exposicion a la radiacion de los rayos X. En el momento en que las caries resultan evidentes con un examen visual y tactil, la enfermedad se encuentra generalmente en una fase avanzada que requiere un empaste y, si no se la trata a tiempo, posiblemente lleve a la perdida del diente.
En respuesta a la necesidad de procedimientos mejorados de deteccion de caries, ha habido considerable interes en tecnicas mejoradas de formacion de imagenes que no empleen rayos X. Un procedimiento que se ha comercializado emplea fluorescencia, causada cuando los dientes son iluminados con luz azul de gran intensidad. Esta tecnica, denominada fluorescencia cuantitativa fotoinducida (QLF), opera segun el principio de que el esmalte dental sano y robusto produce una mayor intensidad de fluorescencia bajo excitacion de algunas longitudes de onda que el esmalte desmineralizado que ha sido dano por una infeccion de caries. Entonces, la intensa correlacion entre perdida de minerales y perdida de fluorescencia por la excitacion de la luz azul es usada para evaluar areas de caries del diente. Se ha encontrado una relacion diferente para la excitacion con luz roja, region del espectro que las bacterias y subproductos bacterianos en las regiones de caries absorben y en la que fluorescen de forma mas pronunciada que las areas sanas.
Entre las soluciones propuestas para la deteccion optica de las caries se encuentran las siguientes:
La patente estadounidense n° 4.515.476 (Ingmar) da a conocer el uso de un laser para proporcionar energfa de excitacion que genera florescencia a alguna otra longitud para localizar areas de caries.
La patente estadounidense n° 6.231.338 (de Josselin de Jong et al.) da a conocer un aparato de formacion de imagenes para identificar caries dentales usando deteccion por fluorescencia.
La publicacion de solicitud de patente estadounidense n° 2004/0240716 (de Josselin de Jong et al.) da a conocer procedimientos para un analisis mejorado de imagenes para las imagenes obtenidas de tejido fluorescente.
La patente estadounidense n° 4.479.499 (Alfano) describe un procedimiento para el uso de transiluminacion para detectar caries basado en las propiedades de translucidez de la estructura dental.
Entre los productos comercializados para la formacion de imagenes dentales usando el comportamiento de la fluorescencia se encuentra el QLF Clinical System, de Inspektor Research Systems BV, Amsterdam, Holanda. Usando un planteamiento diferente, el Diagnodent Laser Caries Detection Aid, de KaVo Dental Corporation, Lake Zurich, Illinois, detecta la actividad de la caries monitorizando la intensidad de la fluorescencia de subproductos bacterianos bajo la iluminacion de la luz roja.
La publicacion de solicitud de patente estadounidense n° 2004/0202356 (Stookey et al.) describe el procesamiento matematico de cambios espectrales de la fluorescencia para detectar caries en fases diferentes con precision mejorada. Reconociendo la dificultad de la deteccion precoz cuando se usan mediciones espectrales de la fluorescencia, la divulgacion n° 2004/0202356 de Stookey et al. describe planteamientos para mejorar los valores espectrales obtenidos, efectuando una transformacion de los datos espectrales que esta adaptada a la respuesta espectral de la camara que obtiene la imagen fluorescente.
Aunque los procedimientos y el aparato dados a conocer resultan prometedores de cara a proporcionar procedimientos no invasivos no ionizantes de formacion de imagenes para la deteccion de caries, sigue habiendo margen de mejora. Un inconveniente reconocido de las tecnicas existentes que emplean formacion de imagenes por
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fluorescencia tiene que apreciar con el contraste de las imagenes. La imagen proporcionada mediante tecnicas de generacion de fluorescencia, tal como QLF, puede resultar diffcil de evaluar, debido al contraste relativamente deficiente entre las areas sanas y las infectadas. Segun se hace notar en la divulgacion n° 2004/0202356 de Stookey et al., los cambios espectrales y de intensidad para las caries incipientes pueden ser muy ligeros, lo que hace diffcil diferenciar irregularidades superficiales dentarias no enfermas con respecto a caries incipientes.
En general, se admite francamente que, con las tecnicas de fluorescencia, el contraste de las imagenes que se obtiene corresponde a la gravedad de la afeccion. La identificacion precisa de caries usando estas tecnicas requiere a menudo que la afeccion se encuentre en una fase mas avanzada, mas alla de caries incipientes o tempranas, porque la diferencia en fluorescencia entre estructura dental cariada y sana es muy pequena para las caries en una fase temprana. En tales casos, la precision de la deteccion usando tecnicas de fluorescencia puede no mostrar una mejora marcada con respecto a los procedimientos convencionales. Debido a esta deficiencia, el uso de los efectos de la fluorescencia parece tener algunos ffmites practicos que impiden un diagnostico preciso de las caries incipientes. En consecuencia, una situacion de caries puede seguir sin deteccion hasta que sea mas grave, que requiera, por ejemplo, un empaste.
La deteccion de caries en fases muy precoces es de particular interes para la odontologfa preventiva. Segun se ha hecho notar previamente, las tecnicas convencionales generalmente no llegan a detectar caries en una fase en las que la afeccion puede ser revertida. Como regla general, la caries incipiente es una lesion que no ha penetrado sustancialmente en el esmalte del diente. Cuando tal lesion de caries es identificada antes de que amenace la porcion de dentina del diente, a menudo se puede lograr la remineralizacion, revirtiendo el dano incipiente y evitando la necesidad de un empaste. Sin embargo, una caries mas avanzada se vuelve cada vez mas diffcil de tratar, siendo lo mas frecuente que requiera algun tipo de empaste u otro tipo de intervencion.
Para aprovechar las oportunidades de que tecnicas dentales no invasivas prevengan la caries, es necesario que la caries sea detectada al principio. En muchos casos, como se reconoce en la divulgacion n° 2004/0202356 de Stookey et al., se ha hallado que este nivel de deteccion es diffcil de lograr usando tecnicas existentes de formacion de imagenes por fluorescencia, tales como QLF. En consecuencia, las caries precoces pueden seguir sin ser detectadas, de modo que en el momento en que se obtiene una deteccion positiva, puede haberse perdido la ocasion de una reversion usando medidas preventivas de bajo coste.
Ademas, se hace referencia al documento FR 2 856 546 A, que describe un procedimiento de adquisicion y procesamiento de imagenes de un diente. El procedimiento consiste en: iluminar el diente con luz ultravioleta; usar un medio de video para tomar imagenes de la porcion iluminada del diente; medir en cada punto de dichas imagenes la intensidad espectral de la luminiscencia emitida por el diente en dos bandas de longitudes de onda, respectivamente, de alta energfa y de baja energfa; tomar la proporcion de dichas mediciones en cada punto de la imagen del arffculo; y comparar dichas proporciones con un valor predeterminado. El procedimiento, ademas, consiste en: tomar al menos una imagen de video en color de dicha porcion del arffculo iluminado con luz ambiental; tomar al menos una imagen de video en color de la luminiscencia producida por dicha porcion del arffculo en respuesta a ser iluminado con luz ultravioleta; restar la imagen de video con luz ambiental de la imagen de video de la luminiscencia en cada punto de la imagen de luminiscencia para obtener una imagen pura; extraer los componentes espectrales de la imagen pura en dichas bandas de longitudes de onda de alta energfa y baja energfa; y tomar las proporciones de dichos componentes en cada punto de la imagen y comparar dichas proporciones con un valor predeterminado.
Asf, se puede ver que existe la necesidad de un procedimiento no invasivo no ionizante de formacion de imagenes para la deteccion de caries que ofrezca una precision mejorada para la deteccion de caries, particularmente en sus primeras etapas.
Sumario de la invencion
Segun la presente invencion, se proporciona un procedimiento definido en la reivindicacion 1. En las reivindicaciones dependientes se reivindican realizaciones preferentes de la invencion. En particular, la presente invencion proporciona un procedimiento para formar una imagen mejorada de un diente que comprende:
a) obtener datos de la imagen de fluorescencia del diente mediante:
i) dirigiendo luz incidente hacia el diente;
ii) detectando la emision fluorescente proveniente del diente;
iii) almacenando un valor de los datos de la imagen de fluorescencia para cada posicion de pixel en la imagen de fluorescencia;
b) obtener datos de la imagen de reflectancia del diente mediante:
i) dirigiendo luz incidente hacia el diente;
ii) detectando la luz de la reflectancia retrodispersada desde el diente;
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iii) almacenando un valor de los datos de la imagen de reflectancia para cada posicion de p^xel en la imagen de reflectancia;
c) combinar cada p^xel de los datos de la imagen de fluorescencia con su correspondiente pixel de los datos de la imagen de reflectancia mediante:
i) restando un desplazamiento con respecto al valor de los datos de la imagen de reflectancia para generar valor desplazado de los datos de la imagen de reflectancia, en el que el desplazamiento se aproxima a la diferencia en intensidad entre la distribucion de los datos de la imagen de fluorescencia y la distribucion de los datos de la imagen de reflectancia;
ii) calculando, despues de restar el desplazamiento, un valor de los datos de imagen mejorada segun la diferencia entre el valor de los datos de la imagen de fluorescencia y el valor desplazado de los datos de la imagen de reflectancia; por lo cual la imagen mejorada se forma a partir de un conjunto resultante de pfxeles de los valores de los datos de la imagen mejorada.
Es una caractenstica de la presente invencion que utiliza datos de imagen tanto de fluorescencia como de reflectancia para la formacion de imagenes dentales.
Es una ventaja de la presente invencion que ofrece una mejora con respecto a tecnicas existentes de formacion de imagenes por fluorescencia, util para la deteccion de caries en sus fases incipientes.
Estos y otros objetos, caractensticas y ventajas de la presente invencion se haran obvios para los expertos en la tecnica tras una lectura de la siguiente descripcion detallada cuando se realice junto con un estudio de los dibujos, en los que se muestra y se describe una realizacion ilustrativa de la invencion.
Breve descripcion de los dibujos
Aunque la memoria concluye con reivindicaciones que senalan en particular y reivindican claramente la materia objeto de la presente invencion, se cree que la invencion sera mejor entendida con la siguiente descripcion tomada junto con un estudio de los dibujos adjuntos, en los que:
la Figura 1 es un diagrama esquematico de bloques de un aparato de formacion de imagenes para la deteccion de caries segun una realizacion;
la Figura 2 es un diagrama esquematico de bloques de un aparato de formacion de imagenes para la deteccion de caries segun una realizacion alternativa;
la Figura 3 es un diagrama esquematico de bloques de un aparato de formacion de imagenes para la deteccion de caries segun una realizacion alternativa;
la Figura 4A es un diagrama esquematico de bloques de un aparato de formacion de imagenes para la deteccion de caries segun una realizacion alternativa usando luz polarizada;
la Figura 4B es un diagrama esquematico de bloques de un aparato de formacion de imagenes para la deteccion de caries segun una realizacion alternativa usando un divisor de haz polarizante para proporcionar luz polarizada y minimizar la reflexion especular;
la Figura 5 es una vista que muestra el procedimiento de combinacion de datos de imagenes dentales para
generar una imagen de fluorescencia con mejora por reflectancia segun la presente invencion;
la Figura 6 es una vista compuesta que muestra la mejora de contraste de la presente invencion en una
comparacion lado a lado con procedimientos convencionales visuales y de fluorescencia;
la Figura 7 es un diagrama de bloques que muestra una secuencia de procesamiento de imagenes para
generar una imagen umbral mejorada segun una realizacion;
la Figura 8 es un diagrama esquematico de bloques de un aparato de formacion de imagenes para la deteccion de caries segun una realizacion alternativa usando multiples fuentes luminosas; la Figura 9 es una vista en planta que compara resultados de procedimientos de multiplicacion escalar e iluminancia asimetrica de la presente invencion;
la Figura 10 muestra graficas para una correlacion de pfxeles de entrada/salida con valores de codigo sin ninguna modificacion de imagen y para la correlacion de pfxeles con la aplicacion de un desplazamiento segun se usa en una realizacion;
la Figura 11 es una vista en planta que compara los resultados de procedimientos de multiplicacion escalar y de cambio a la baja de la presente invencion; y
la Figura 12 es una vista en planta que muestra una representacion grafica ejemplar con luz blanca e imagenes mejoradas presentadas para un diente segun una realizacion.
Descripcion detallada de la invencion
La presente descripcion esta dirigida en particular a elementos que forman parte de un aparato segun la invencion o que cooperan mas directamente con el. Ha de entenderse que los elementos no espedficamente mostrados o descritos pueden adoptar diversas formas muy conocidas para los expertos en la tecnica.
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Segun se hizo notar en la anterior seccion de antecedentes, es sabido que la fluorescencia puede ser usada para detectar caries dentales usando una cualquiera de dos respuestas caractensticas: En primer lugar, la excitacion por una fuente luminosa azul hace que el tejido dental sano fluorezca en el espectro verde. En segundo lugar, la excitacion por una fuente luminosa roja puede hacer que los subproductos bacterianos, tales como los que indican caries, fluorezcan en el espectro rojo.
Para entender como se usa la luz en la presente invencion, es importante dar una definicion mas precisa a los terminos “reflectancia” y “retrodispersion”, ya que son usados en aplicaciones biomedicas en general y, mas en particular, en el procedimiento y el aparato de la presente invencion. En la terminologfa optica mas amplia, reflectancia generalmente denota la suma total tanto de la reflectancia especular como de la reflectancia dispersada. (La reflexion especular es aquel componente de la luz de excitacion que es reflejado por la superficie del diente con el mismo angulo que el angulo incidente). Sin embargo, en muchas aplicaciones biomedicas, como en la aplicacion dental de la presente invencion, el componente especular de la reflectancia no tiene ningun interes y, generalmente, es perjudicial para obtener una imagen o una medicion de una muestra. El componente de la reflectancia que resulta de interes para la presente aplicacion proviene unicamente de luz retrodispersada. La reflectancia especular debe ser bloqueada o eliminada de otro modo de la trayectoria de formacion de imagenes. Teniendo en cuenta esta distincion, en la presente solicitud se usa la expresion “reflectancia retrodispersada” para denotar el componente de la reflectancia que resulta de interes. La “reflectancia retrodispersada” se define como aquel componente de la luz de excitacion que es retrodispersada elasticamente en un amplio intervalo de angulos por la estructura dentaria iluminada. Los datos de “imagen de reflectancia”, segun se usa esta expresion en la presente invencion, se refieren a datos de imagen obtenidos unicamente de la reflectancia retrodispersada, dado que la reflectancia especular esta bloqueada o mantenida en un mmimo. En la bibliograffa cientffica, la reflectancia retrodispersada tambien puede ser denominada retrorreflectancia o simplemente retrodispersion. La reflectancia retrodispersada se encuentra en la misma longitud de onda que la luz de excitacion.
Se ha mostrado que las propiedades de dispersion de la luz difieren entre las regiones dentales sanas y las de caries. En particular, la reflectancia de la luz procedente del area iluminada puede encontrarse a niveles mensurablemente diferentes para areas normales en contraposicion con las de caries. Este cambio en la reflectancia, tomado por sf solo, puede no ser suficientemente pronunciado para ser de valor diagnostico cuando se lo considera por sf solo, dado que este efecto es muy ligero, aunque detectable. Para fases mas avanzadas de las caries, por ejemplo, la reflectancia retrodispersada puede ser un indicador menos efectivo que en fases anteriores.
En las medidas convencionales de fluorescencia, tales como las obtenidas usando tecnicas QLF, la propia reflectancia es un efecto que se evita en vez de utilizarlo. Suele emplearse un filtro para impedir que toda la luz de excitacion alcance el dispositivo de deteccion. Por esta razon, el cambio ligero pero perceptible en la reflectancia retrodispersada derivada de la luz de excitacion ha recibido poca atencion para el diagnostico de caries.
Sin embargo, los inventores han hallado que este cambio en la reflectancia retrodispersada puede ser usado en conjunto con los efectos fluorescentes para identificar mas claramente y con mayor precision una ubicacion cariada. Ademas, los inventores han observado que el cambio en la actividad de dispersion de la luz, aunque puede ser detectado generalmente siempre que exista una afeccion de caries, es mas pronunciado en las areas de caries incipientes. Este cambio en la reflectancia retrodispersada es evidente en las fases iniciales de la caries, incluso cuando los efectos fluorescentes son mmimamente pronunciados.
La presente invencion aprovecha el comportamiento observado de retrodispersion para las caries incipientes y usa este efecto, en combinacion con efectos de fluorescencia descritos previamente en la seccion de antecedentes, para proporcionar una capacidad mejorada para la formacion de imagenes dentales para detectar caries. La tecnica inventiva, denominada en lo sucesivo formacion de imagenes por fluorescencia con mejora por reflectancia (FIRE), no solo contribuye a aumentar el contraste de las imagenes con respecto al de los planteamientos anteriores, sino que tambien hace posible detectar caries incipientes en fases en las que es probable que las medidas preventivas logren la remineralizacion, reparando el dano hecho por la infeccion de caries en una fase muy anterior a aquella en la que son necesarias medidas restauradoras mas complejas. Ventajosamente, la deteccion FIRE puede tener precision en una fase de la infeccion de caries anterior a la que se ha mostrado usando planteamientos existentes de fluorescencia que miden la fluorescencia sola.
Aparato de formacion de imagenes
Con referencia a la Figura 1, se muestra un aparato 10 de formacion de imagenes para la deteccion de caries usando el procedimiento FIRE en una realizacion. Una fuente luminosa 12 dirige una luz incidente, a un intervalo de longitudes de onda azules o a otro intervalo adecuado de longitudes de onda, hacia el diente 20 atravesando una lente opcional 14 u otro componente acondicionador de haces de luz. El diente 20 puede ser iluminado en una superficie proximal (segun se muestra) o en una superficie oclusal (no mostrada). A continuacion, dos componentes de la luz son detectados por una camara monocroma 30 a traves de una lente 22: un componente de luz retrodispersada que tiene la misma longitud de onda que la luz incidente y tiene una reflectancia mensurable; y una luz fluorescente que ha sido excitada debido a la luz incidente. Para la formacion de imagenes FIRE, reflexion especular causa falsos positivos y es poco deseable. Para minimizar la captura de reflexion especular, la camara 30
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En la realizacion de la Figura 1, la camara monocroma 30 tiene filtros 26 y 28 de color. Uno de los filtros 26 y 28 de color es usado durante la formacion de imagenes por reflectancia, el otro es usado durante la formacion de imagenes por fluorescencia. Un aparato 38 de procesamiento obtiene y procesa los datos de formacion de imagenes por reflectancia y fluorescencia y forma una imagen FIRE 60. La imagen FIRE 60 es una imagen diagnostica mejorada que puede ser impresa o que puede aparecer en un dispositivo 40 de visualizacion. Los datos de la imagen FIRE 60 tambien pueden ser transmitidos a una memoria o ser transmitidos a otro sitio para su visualizacion.
Con referencia a la Figura 2, se muestra una realizacion alternativa usando una camara 32 en color. Con esta disposicion, generalmente no senan necesarios filtros auxiliares, dado que la camara 32 en color sena capaz de obtener las imagenes de reflectancia y de fluorescencia a partir de las separaciones de color (tambien denominadas planos de color) de la imagen a todo color del diente 20.
La fuente luminosa 12 esta normalmente centrada en torno a una longitud de onda azul, tal como en torno a 405 nm en una realizacion. En la practica, la fuente luminosa 12 podna emitir una luz que oscilara en longitud de onda entre un intervalo superior ultravioleta y un azul mas intenso, entre aproximadamente 300 y 500 nm. La fuente luminosa 12 puede ser un laser, o podna ser fabricada usado uno o mas diodos emisores de luz (LED). Alternativamente, podna usarse una fuente de banda ancha, tal como una lampara de xenon, que tenga un filtro auxiliar de apoyo para dejar pasar las longitudes de onda deseadas. La lente 14 u otro elemento optico pueden servir para acondicionar la luz incidente, tal como controlando la uniformidad y el tamano del area de iluminacion. Por ejemplo, podna usarse un difusor 13, mostrado como una lmea de puntos en la Figura 2, antes o despues de la lente 14 para difuminar las manchas de calor de un haz LED. La trayectoria de la luz de iluminacion podna incluir estructuras de guiado de la luz o distribucion de la luz, tales como, por ejemplo, fibras opticas o una grna lfquida de luz (no mostrada). El nivel de luz es normalmente de algunos milivatios de intensidad, pero puede ser mayor o menor, dependiendo del acondicionamiento de la luz y de los componentes detectores usados.
Con referencia a la Figura 3, la disposicion de iluminacion podna dirigir alternativamente luz con una incidencia normal, doblada por medio de un divisor 34 de haz. La camara 32 se dispondna entonces para obtener la luz para la formacion de imagenes que es transmitida a traves del divisor 34 de haz. Otras opciones de iluminacion incluyen multiples fuentes luminosas dirigidas al diente con incidencia angular desde uno o mas lados. Alternativamente, la iluminacion podna usar un anillo o una disposicion de fuentes LED distribuidas en torno a un centro, tal como en una disposicion circular, para proporcionar luz uniformemente desde multiples angulos. Tambien se podna proporcionar iluminacion a traves de una fibra optica o de un conjunto de fibras.
La optica de formacion de imagenes, representada como la lente 22 en las Figuras 1-3, podna incluir cualquier disposicion adecuada de componentes opticos, con configuraciones posibles que van de un componente de una unica lente a una lente de multiples elementos. La clara formacion de imagenes de la superficie del diente, que no es plana, sino que puede tener areas que estan tanto suavemente contorneadas como dotadas de muchas crestas, requiere que la optica de formacion de imagenes tenga una profundidad de enfoque suficiente. Preferentemente, para una resolucion optima, la optica de formacion de imagenes proporciona un tamano de imagen que llena sustancialmente el elemento sensor de la camara. Para la lente 22 cuentan con ventaja las opticas telecentricas, que proporcionan una luz portadora de imagenes que no depende muchusimo del angulo de los rayos.
La captura de la imagen la puede llevar a cabo ya sea una camara monocroma 30 (Figura 1) o un camara 32 en color (Figura 2). Normalmente, la camara 30 o 32 emplea un sensor de imagenes CMOS o CCD. La version monocroma empleana normalmente un filtro espectral retrafble 26, 28 adecuado para la longitud de onda de interes. Para una fuente luminosa 12 que tuviera una longitud de onda azul, el filtro espectral 26 para capturar datos de la imagen de reflectancia transmitina predominantemente luz azul. El filtro espectral 28 para capturar datos de la imagen de fluorescencia transmitina luz a una longitud de onda diferente, tal como luz predominantemente verde. Preferentemente, los filtros espectrales 26 y 28 son puestos en su sitio automaticamente para permitir la captura de imagenes tanto de reflectancia como de fluorescencia en sucesion muy inmediata. Ambas imagenes son obtenidas desde la misma posicion para permitir un alineamiento preciso de los datos de imagen.
El filtro espectral 28 se optimizana con un pasabanda que capture los datos de fluorescencia en un intervalo de longitudes de onda adecuadas. El efecto fluorescente que se ha obtenido del diente 20 puede tener una distribucion espectral ancha relativa en el intervalo visible, con luz emitida que esta fuera del intervalo de longitudes de onda de la luz usada para la excitacion. La emision fluorescente esta normalmente entre aproximadamente 450 nm y 650 nm, aunque generalmente tiene un maximo en la region verde, en lmeas generales entre aproximadamente 500 nm y aproximadamente 600 nm. Asf, generalmente se prefiere un filtro verde para el filtro espectral 28 para obtener esta imagen de fluorescencia en sus niveles de energfa mas altos. Sin embargo, en otras realizaciones tambien podnan usarse otros intervalos del espectro visible.
De manera similar, el filtro espectral 26 se optimizana con un pasabanda que capture los datos de reflectancia en un intervalo de longitudes de onda que cubre al menos una porcion significativa de la energfa espectral de la fuente
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luminosa 12 usada. Por razones expuestas previamente, generalmente se usa un filtro de luz azul para el filtro espectral 26 para obtener la imagen de reflectancia en su nivel de energfa mas alto.
Los controles de la camara estan ajustados adecuadamente para obtener cada tipo de imagen. Por ejemplo, cuando se captura la imagen de fluorescencia, es necesario realizar ajustes apropiados de la exposicion en cuanto a ganancia, velocidad del obturador y apertura, dado que no es preciso que esta imagen sea intensa. Cuando se usa la camara 32 en color (Figura 2), el filtrado de color lo llevan a cabo conjuntos de filtros de color en el sensor de imagen de la camara. La imagen de reflectancia es capturada en el plano de color azul; simultaneamente, la imagen de fluorescencia es capturada en el plano de color verde. Es decir, una sola exposicion captura las imagenes tanto de reflectancia retrodispersada como de fluorescencia.
El aparato 38 de procesamiento es normalmente una estacion informatica de trabajo, pero, en su aplicacion mas amplia, puede ser cualquier tipo de componente o sistema de procesamiento de logica de control que sea capaz de obtener datos de imagen de la camara 30 o 32 y de ejecutar algoritmos de procesamiento de imagenes con esos datos para generar los datos de la imagen FIRE 60. El aparato 38 de procesamiento puede ser local o puede estar conectado con componentes de deteccion de imagenes por medio de una interfaz de red.
Con referencia a la Figura 5, se muestra, de manera esquematica, como se forma la imagen FIRE 60 segun la presente invencion. Se obtienen dos imagenes del diente 20: una imagen 50 de fluorescencia verde y una imagen 52 de reflectancia azul. Segun se ha hecho notar anteriormente, debe hacerse hincapie en que la luz de reflectancia usada para la imagen 52 de reflectancia y sus datos proceden de la reflectancia retrodispersada, manteniendose la reflectancia especular bloqueada o tan baja como sea posible. En el ejemplo de la Figura 5, hay una region cariada 58, representada en vista translucida en cada una de las imagenes 50, 52 y 60, que provoca una ligera disminucion en la fluorescencia y un ligero aumento en la reflectancia. La region cariada 58 puede ser imperceptible o apenas perceptible ya sea en la imagen 50 de fluorescencia o en la imagen 52 de reflectancia, tomadas individualmente. El aparato 38 de procesamiento opera con los datos de imagen usando un algoritmo de procesamiento de imagenes, segun se expone posteriormente para ambas imagenes 50 y 52 y proporciona la imagen FIRE 60 como resultado. Se destaca el contraste entre la region cariada 58 y la estructura dental sana para que afeccion de caries resulte mas visible en la imagen FIRE 60.
La Figura 6 muestra la mejora de presente invencion en contraste en una comparacion lado a lado con una imagen visual 54 de luz blanca y procedimientos convencionales de fluorescencia. Para caries en una fase muy temprana, la region cariada 58 puede parecer indistinta de la estructura dental sana circundante en la imagen 54 de luz blanca, ya sea segun percibe el ojo directamente o capta una camara intraoral. En la imagen 52 de fluorescencia verde capturada por medio del procedimiento existente de fluorescencia, la region cariada 58 puede presentarse como una sombra muy tenue, apenas perceptible. En cambio, en la imagen FIRE 60 generada por la presente invencion, la misma region cariada 58 se presenta como un punto mas oscuro mas detectable. Claramente, la imagen FIRE 60, con su mejora en contraste, ofrece mayor valor diagnostico.
Procesamiento de imagenes
Segun se ha descrito anteriormente con referencia a las Figuras 5 y 6, el procesamiento de los datos de imagen usa los datos de formacion de imagenes tanto de reflectancia como de fluorescencia para generar una imagen final que puede ser usada para identificar areas de caries del diente. Hay varios procedimientos alternativos de procesamiento para combinar los datos de formacion de imagenes por reflectancia y fluorescencia para formar una imagen FIRE 60 para el diagnostico. La solicitud de patente estadounidense, en tramitacion como la presente, con numero de serie 11/262.869, citada anteriormente, describe un procedimiento de multiplicacion escalar para combinar los datos de fluorescencia y reflectancia. En esta realizacion escalar multiple, el procesamiento de imagenes lleva a cabo la siguiente operacion para cada pixel:
( m* Fvalor Hn * Rao ) (1)
siendo m y n multiplicadores adecuados (coeficientes positivos), y siendo Fvalor y Rvaior los valores de codigo obtenidos de datos de la imagen de fluorescencia y de reflectancia, respectivamente.
La reflectancia retrodispersada es mayor (mas brillante) para los pfxeles de la imagen en la region cariada, produciendo un valor mayor de reflectancia Rvaior para estos pfxeles que para los pfxeles circundantes. La fluorescencia, entretanto, es menor (mas oscura) para los pfxeles de la imagen en la region cariada, produciendo un valor menor de fluorescencia Fvaior para estos pfxeles que para los pfxeles circundantes. Para un pixel en una region cariada, la fluorescencia es considerablemente mas debil en intensidad que la reflectancia. Tras multiplicar la fluorescencia y la reflectancia por multiplicadores escalares apropiados m y n, respectivamente, siendo m>n, se hace que los valores de fluorescencia cambiados de escala de todos los pfxeles superen o sean iguales a los correspondientes valores de reflectancia cambiados de escala:
(m* Fvalor )> o =(n* Rio ). (2)
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La resta del valor de la reflectancia retrodispersada cambiado de escala del valor de fluorescencia cambiado de escala para cada pixel da entonces como resultado una imagen procesada en la que se acentua el contraste entre los valores de intensidad para los pfxeles en la region cariada y los pfxeles en la region sana, resultando en una mejora del contraste que puede ser presentada y reconocida inmediatamente. En una realizacion, el multiplicador escalar n para el valor de reflectancia Rvaior es uno.
Tras una combinacion inicial de los valores de fluorescencia y reflectancia dada anteriormente con referencia al ejemplo de la expresion (1), tambien puede ser de beneficio un procesamiento adicional de la imagen. Puede usarse una operacion de establecimiento de valores umbral, ejecutada usando tecnicas de procesamiento de imagenes con las que estan familiarizados los expertos en las tecnicas de formacion de imagenes, o algun otro acondicionamiento adecuado de los datos de imagen combinados usados para la imagen FIRE 60 para mejorar adicionalmente el contraste entre una region cariada y la estructura dental sana. Con referencia a la Figura 7, se muestra, en forma de diagrama de bloques, una secuencia de procesamiento de imagenes para generar una imagen umbral FIRE mejorada 64 segun una realizacion. En primer lugar, se combinan la imagen 50 de fluorescencia y la imagen 52 de reflectancia para formar la imagen FIRE 60, segun se ha descrito anteriormente. A continuacion, se lleva a cabo una operacion de establecimiento de valores umbral, proporcionando la imagen umbral 62 que define con mayor claridad el area de interes: la region cariada 58. A continuacion, la imagen umbral 62 es combinada con la imagen FIRE original 60 para generar la imagen umbral FIRE mejorada 64. De manera similar, los resultados de la deteccion de umbrales tambien pueden ser superpuestos sobre una imagen 54 de luz blanca (Figura 6) para perfilar definitivamente la ubicacion de una infeccion de caries.
La eleccion de coeficientes m y n apropiados depende del contenido espectral de la fuente luminosa y de la respuesta espectral del sistema de captura de imagenes. Hay variabilidad en la longitud de onda central y en el ancho de banda espectral de un LED al siguiente, por ejemplo. De forma similar, existe variabilidad en las respuestas espectrales de los filtros de color y los sensores de imagen de diferentes sistemas de captura de imagenes. Tales variaciones afectan a las magnitudes relativas de los valores medidos de reflectancia y fluorescencia. Por lo tanto, puede ser necesario determinar unos valores m y n diferentes para cada aparato 10 de formacion de imagenes como parte de un procedimiento inicial de calibracion. Un procedimiento de calibracion usando durante la fabricacion del aparato 10 de formacion de imagenes puede entonces optimizar los valores m y n para proporcionar la mejora de contraste mejor posible en la imagen FIRE que se forma.
En una secuencia de calibracion, se obtiene una medida espectral de la fuente luminosa 12 usada para la formacion de imagenes por reflectancia. A continuacion, se realiza una medicion espectral de la emision fluorescente que es excitada desde el diente. Estos datos proporcionan un perfil de la cantidad relativa de energfa lummica disponible en cada intervalo de longitudes de onda de interes. A continuacion, se cuantifica con respecto a una referencia conocida la respuesta espectral de la camara 30 (con filtros apropiados) o 32. Estos datos son usados entonces, por ejemplo, para generar un conjunto de valores multiplicadores my n para ser usados por el aparato 38 de procesamiento del aparato 10 particular de formacion de imagenes para formar la imagen FIRE 60.
Aunque el procedimiento de multiplicacion escalar proporciona resultados mejorados con respecto a la formacion convencional de imagenes por fluorescencia, sigue habiendo, sin embargo, cierto margen de mejora, particularmente con respecto a la definicion de bordes y la calidad general de la imagen. Un problema inherente del procedimiento de multiplicacion escalar es que la multiplicacion de la senal de fluorescencia mas debil tambien aumenta de escala el umbral mmimo de ruido. Esto da como resultado mas ruido y cierta perdida de definicion de los bordes en la imagen FIRE.
En una realizacion alternativa al procedimiento de multiplicacion escalar, puede usarse un procedimiento diferente, denominado en lo sucesivo procedimiento de iluminancia asimetrica. En este procedimiento, la fluorescencia y la reflectancia son obtenidas como capturas separadas, llegando mas luz al diente para la formacion de imagenes por fluorescencia que para la formacion de imagenes por reflectancia. Un aumento significativo en la luz de excitacion para la formacion de imagenes por fluorescencia resulta en un nivel lummico mayor en la fluorescencia resultante, con una relacion S/R significativamente mejorada para los datos de la imagen de fluorescencia. Aumentando la fluorescencia hasta un nivel suficiente alto, puede llevarse la respuesta fluorescente hasta un nivel comparable con la reflectancia o ligeramente mayor que la misma, permitiendo que se use una sencilla resta para obtener la diferencia entre las imagenes de fluorescencia y de reflectancia usadas para la formacion de imagenes FIRE. Se recalca que este procedimiento no implica el aumento de escala de la senal de fluorescencia; por ello, no hay aumento alguno del umbral mmimo de ruido.
En la practica, hay limitaciones para la cantidad de luz que puede proporcionarse desde una fuente, en particular una fuente de pequeno tamano, tal como la que se usana para el aparato 10 de formacion de imagenes. Usando tambien una iluminacion menor durante la captura de la reflectancia, pueden lograrse niveles comparables de fluorescencia y reflectancia que no requieren un aumento sumamente grande de la iluminacion para la captura de la fluorescencia.
Puede obtenerse mayor iluminancia aumentando la corriente de excitacion al LED o a otra fuente luminosa que se usa para excitar la emision fluorescente. En algunas realizaciones (Figuras 1-4B), se usa la misma fuente luminosa
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12 para la formacion de imagenes tanto por florescencia como por reflectancia. En otras realizaciones, una fuente luminosa 16a separada sirve para excitar la fluorescencia (Figura 8). Con independencia de si se usa la misma fuente luminosa 12 para la formacion de imagenes tanto por reflectancia como por fluorescencia o si se usan fuentes luminosas 16a y 16b separadas, cada operacion de formacion de imagenes puede requerir un nivel de iluminancia separado, haciendo necesario capturar imagenes separadas de fluorescencia y reflectancia en momentos diferentes. En una realizacion, estas imagenes estan tomadas con una separacion temporal de una fraccion de segundo. Pueden ser necesarios filtros separados, posiblemente poniendolos en su sitio rapidamente segun la imagen que este siendo capturada.
Los resultados de la formacion de imagenes con iluminancia asimetrica muestran una mejora con respecto al procedimiento de multiplicacion escalar de la Ecuacion (1). La Figura 9 muestra dos imagenes FIRE ejemplares generadas a partir del mismo diente. A la izquierda se encuentra una imagen 70 obtenida usando el procedimiento de multiplicacion escalar. La estructura de la imagen es apreciablemente mas oscura, especialmente las caractensticas de borde. Ademas, las lesiones 86a y 86b de caries estan demasiado oscurecidas, no llegando a mostrar las fases distintivas del desarrollo de las caries entre las dos lesiones. La imagen 72 de la derecha, tomada usando la formacion de imagenes con iluminancia asimetrica descrita con respecto a esta segunda realizacion, muestra una marcada mejora en el intervalo dinamico y el contraste y una definicion mejorada de los bordes.
Otra realizacion alternativa para combinar imagenes de fluorescencia y de reflectancia adopta un planteamiento diferente de los planteamientos de la multiplicacion escalar o de la formacion de imagenes con iluminancia asimetrica que acaban de describirse. Este planteamiento de “cambio a la baja” o “desplazamiento” no se arriesga a la distorsion de los datos de la imagen, tal como puede resultar del cambio de escala, ni requiere una corriente de excitacion a altos niveles. El procedimiento de formacion de imagenes por cambio a la baja puede ser caracterizado por guardar los valores de la imagen que estan en cierto intervalo de brillo y mantener la proporcion entrada/salida de esos valores de la imagen en el procesamiento de la imagen. En efecto, este procedimiento mantiene la relacion entrada/salida y la integridad estructural de los datos originales.
El procedimiento de formacion de imagenes por cambio a la baja funciona como sigue:
1. Obtener los datos de la imagen de reflectancia y de la imagen de fluorescencia a partir del diente, cada una con un nivel adecuado de iluminacion.
2. Al combinar los dos valores de datos de imagen, restar un desplazamiento (dicho alternativamente, sumar un desplazamiento negativo) de los datos de la imagen de reflectancia, aproximandose el desplazamiento a la diferencia de intensidad entre las distribuciones de datos de imagen.
En general, el procedimiento de formacion de imagenes por cambio a la baja obtiene cada valor de imagen usando:

(Fvaior)-(Ror - desPi azami ento) (3)
Por ejemplo:

( Fvalor )-( Rvaior - 110) (4)
En la ejecucion de la Ecuacion (3) hay implfcita una operacion de recorte, en la que cualquier resultado negativo de la operacion de resta se pone a cero. Asf, la Ecuacion (3) puede ser formulada mas claramente como:

Recorte{()- Recorte[(R^ - desplazamiento)]} (5)
Aqrn, podna obtenerse Fvaior del canal de color verde, y Rvaior del canal de color azul de la captura del mismo color. O puede obtenerse Fvaior y Rvaior de dos capturas separadas, como en las realizaciones alternativas expuestas anteriormente.
Las graficas de la Figura 10 muestran esquematicamente lo que el procedimiento de formacion de imagenes por cambio a la baja hace al valor de reflectancia Rvaior. La suma del desplazamiento causa, de hecho, un cambio en el intervalo efectivo de los valores de los datos de reflectancia. El eje horizontal (abscisa) representa los valores de codigo de datos de entrada. El eje vertical (ordenada) representa valores de codigo de datos de salida. Sin ninguna modificacion de la imagen, como se muestra en la grafica de la izquierda, la correlacion entrada/salida 74 tiene una pendiente de 1, correlacionando cada entrada a una salida en el mismo valor de codigo. El grafico de la derecha muestra un desplazamiento negativo 78 aplicado a la correlacion entrada/salida 74, resultando en una porcion no usada 76 de los datos de entrada, sobre la region mas oscura. Los valores de salida estan atenuados en la porcion de la correlacion entrada/salida 74 que es usada; sin embargo, se mantiene la misma relacion general (que tiene la misma pendiente de 1); solo se reduce el nivel general de intensidad para los datos de reflectancia.
El procedimiento de formacion de imagenes por cambio a la baja muestra una pronunciada mejora con respecto al procedimiento de cambio multiplicativo de escala para combinar datos de imagen de fluorescencia y de reflectancia. La Figura 11 muestra dos imagenes FIRE ejemplares generadas a partir del mismo diente usando el mismo nivel de
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iluminacion. A la izquierda se encuentra una imagen 70 obtenida usando el procedimiento de multiplicacion escalar. La imagen 80 de la derecha, proporcionada usando una formacion de imagenes con cambio a la baja con un desplazamiento, descrita con respecto a esta tercera realizacion, muestra una marcada mejora en el intervalo dinamico y el contraste y una definicion mejorada de los bordes. Con el procedimiento de formacion de imagenes por cambio a la baja, la cantidad de contraste (es decir, la diferencia de intensidad) entre las lesiones 86a y 86b de caries y las estructuras sanas circundantes puede ser ajustada ajustado el valor de desplazamiento usado.
Debe observarse que porciones de las tres realizaciones diferentes descritas para combinar datos de fluorescencia y reflectancia pueden combinarse ellas mismas para obtener una a imagen FIRE. Por ejemplo, la corriente de excitacion a la fuente luminosa 12 o 16a/16b puede ser regulada en diversos reglajes para obtener imagenes de fluorescencia y de reflectancia que tienen intervalos predeterminados. A continuacion, puede usarse alguna multiplicacion escalar para ajustar estos valores, combinado con cierta cantidad de cambio a la baja, usando la ecuacion general de ajuste:
(m* Fvaior)-(n* Rao - desplazamiento) (6)
Se recalca que la mejora en el contraste de la imagen lograda en la presente invencion, dado que emplea datos tanto de reflectancia como de fluorescencia, cuenta con ventaja sobre los procedimientos convencionales que usan unicamente datos fluorescentes de imagen. Convencionalmente, cuando se obtienen unicamente datos de fluorescencia, se ha empleado el procesamiento de imagenes para optimizar los datos, tales como transformar datos de fluorescencia en funcion de la respuesta espectral de la camara o de los filtros de la camara u otras caractensticas adecuadas. Por ejemplo, el procedimiento de la divulgacion n° 2004/0202356 de Stookey et al., citada anteriormente, lleva a cabo este tipo de optimizacion, transformando los datos de la imagen de fluorescencia en funcion de la respuesta de la camara. Sin embargo, estos planteamientos convencionales pasan por alto la ventaja anadida de la informacion adicional de imagen que obtiene la reflectancia retrodispersada.
Resulta instructivo observar que se requiere una correlacion espacial de los pfxeles para combinar los valores de fluorescencia y reflectancia, ya sea usando el procedimiento de multiplicacion escalar, el procedimiento de formacion de imagenes con iluminancia asimetrica, o el procedimiento de cambio a la baja recien descrito. Es decir, con respecto a la superficie del diente, cada pixel de los datos de la imagen de fluorescencia tiene un correspondiente pixel en los datos de la imagen de reflectancia. Asf, se prefiere que las imagenes tanto de fluorescencia como de reflectancia sean capturadas con la sonda de formacion de imagenes en la misma posicion y con poco tiempo o ninguno entre capturas de imagen.
Realizaciones alternativas
El procedimiento de la presente invencion admite varias realizaciones alternativas. Por ejemplo, el contraste de cualquiera de las imagenes tanto de reflectancia como de fluorescencia, o de ambas, puede mejorarse mediante el uso de un elemento polarizante. Se ha observado que el esmalte, que tiene una composicion sumamente estructurada, es sensible a la polarizacion de la luz incidente. Se ha usado la luz polarizada para mejorar la sensibilidad de las tecnicas de formacion de imagenes dentales; por ejemplo, en “Imaging Caries Lesions and Lesion Progression with Polarization Sensitive Optical Coherence Tomography”, en J. Biomed Opt., octubre de 2002; 7(4): pp. 618-27, de Fried et al.
El control de polarizacion tambien puede ser empleado ventajosamente como medio para minimizar la reflexion especular. La reflexion especular tiende a preservar el estado de polarizacion de la luz incidente. Por ejemplo, cuando la luz incidente tiene polarizacion S, la luz especular reflejada tambien tiene polarizacion S. La retrodispersion, en cambio, tiende a despolarizar o aleatorizar la polarizacion de la luz incidente. Cuando la luz incidente tiene polarizacion S, la luz retrodispersada tiene componentes con polarizacion tanto S como P. Usando un polarizador y un analizador, esta diferencia en la gestion de la polarizacion puede ser empleada para contribuir a eliminar la reflectancia especular, no deseada, de la imagen de reflectancia, para obtener unicamente la reflectancia retrodispersada.
Con referencia a la Figura 4A, se muestra una realizacion de un aparato 10 de formacion de imagenes que emplea un polarizador 42 en la trayectoria de la luz de iluminacion. El polarizador 42 deja pasar la luz incidente polarizada linealmente. Puede proporcionarse un analizador 44 en la trayectoria de la luz portadora de imagenes procedente del diente 20 como medio de minimizar el componente de reflexion especular. Con esta combinacion de polarizador 42/analizador 44 como elementos polarizantes, la luz de reflectancia captada por la camara 30 o 32 es predominantemente luz retrodispersada: la porcion de la reflectancia que es deseable para la combinacion con los datos de la imagen de fluorescencia segun la presente invencion. En el caso en que la luz de iluminacion procedente de la fuente luminosa 12 ya esta polarizada linealmente, tal como la procedente de un laser, el polarizador 42 no es necesario; el analizador 44 se orientana entonces con su eje de polarizacion ortogonal a la direccion de polarizacion de la luz de iluminacion para reflejar la reflexion especular.
Una realizacion alternativa, mostrada en la Figura 4B, emplea un divisor 18 de haz polarizante (a veces denominado divisor de haz de polarizacion) como elemento polarizante. En esta disposicion, el divisor 18 de haz polarizante lleva
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a cabo ventajosamente las funciones tanto de polarizador como de analizador para la luz portadora de imagenes, ofreciendo asf una solucion mas compacta. Seguir la trayectoria de la luz de iluminacion y portadora de imagenes muestra como lleva a cabo esta funcion el divisor 18 de haz polarizante. El divisor 18 de haz de polarizacion transmite una polarizacion P, como se muestra mediante la flecha de puntos en la Figura 4B, y refleja polarizacion S, dirigiendo esta luz al diente 20. La retrodispersion por parte de la estructura del diente 20 despolariza esta luz. El divisor 18 de haz de polarizacion trata la luz retrodispersada de la misma manera: transmitiendo la polarizacion P y reflejando la polarizacion S. La luz resultante con polarizacion P puede entonces ser detectada en la camara 30 (con un filtro adecuado, segun se describio con referencia a la Figura 1) o en la camara 32 en color. Dado que la luz reflejada especularmente tiene polarizacion S, el divisor 18 de haz de polarizacion elimina de manera efectiva este componente reflectante especular de la luz que llega a la camara 30, 32.
La iluminacion polarizada da como resultado una mejora adicional en el contraste de la imagen, pero a costa del nivel de luz, como puede verse por la descripcion de las Figuras 4A y 4B. Por ende, cuando se usa luz polarizada de esta manera, puede ser necesario emplear una fuente luminosa 12 de mayor intensidad. Tambien resulta de beneficio usar elementos polarizantes que tengan mayor transmision en la longitud de onda de interes.
Un tipo de polarizador 42 que tiene ventajas particulares para su uso en la presente aplicacion es el polarizador de rejilla de alambre, tal como los disponibles en Moxtek Inc., de Orem, Utah, y descritos en la patente estadounidense n° 6.122.103 (Perkins et al.). El polarizador de rejilla de alambre presenta una buena respuesta angular y cromatica, con una transmision relativamente buena en el intervalo espectral azul. Cualquiera del polarizador 42 y el analizador 44 de la configuracion de la Figura 4A podna ser un polarizador de rejilla de alambre, o serlo ambos. Tambien hay disponibles divisores de haz polarizante de rejilla de alambre, y pueden ser usados en la configuracion de la Figura 4B.
El procedimiento de la presente invencion aprovecha la manera en que el tejido dentario responde a la luz incidente de suficiente intensidad, usando la combinacion de fluorescencia y reflectancia de la luz para indicar areas de caries del diente con precision y claridad mejoradas. De esta manera, la presente invencion ofrece una mejora con respecto a las tecnicas no invasivas existentes de deteccion de caries por fluorescencia. Segun se describio en la seccion de antecedentes presentada anteriormente, las imagenes que han sido obtenidas usando unicamente fluorescencia pueden no mostrar las caries con claridad debido al bajo contraste. El procedimiento de la presente invencion proporciona imagenes que tienen un contraste mejorado y, por lo tanto, es de mayor beneficio potencial para que el evaluador identifique las caries.
Ademas, a diferencia de planteamientos anteriores que usan la fluorescencia sola, el procedimiento de la presente invencion tambien proporciona imagenes que pueden ser usadas para detectar una caries en sus fases incipientes muy tempranas. Esta capacidad anadida, hecha posible debido a los efectos de la retrodispersion perceptible para las lesiones de caries muy tempranas, extiende la utilidad de la tecnica de fluorescencia y contribuye a detectar caries durante sus fases reversibles, por lo que podnan no ser necesarios los empastes ni otras estrategias restauradoras.
La invencion ha sido descrita en detalle con referencia particular a ciertas realizaciones preferentes de la misma, pero se entendera que una persona con un dominio normal de la tecnica puede efectuar variaciones y modificaciones dentro del alcance de la invencion descrita en lo que antecede, y segun se hace notar en las reivindicaciones adjuntas, sin apartarse del alcance de la invencion.
Por ejemplo, podnan usarse diversos tipos de fuentes luminosas 12, empleando diversas realizaciones diferentes una camara y otro tipo de sensor de imagenes.
Aunque podna usarse una sola fuente luminosa 12 para la excitacion de la fluorescencia, puede ser beneficioso aplicar luz procedente de multiples fuentes luminosas incidentes 12 para obtener multiples imagenes. Con referencia a la realizacion alternativa de la Figura 8, la fuente luminosa 12 podna ser un conjunto mas complejo que incluya una fuente luminosa 16a para proporcionar luz de un nivel de energfa y una longitud de onda apropiados para excitar la emision fluorescente y otra fuente luminosa 16b para proporcionar iluminacion en momentos diferentes. La fuente luminosa adicional 16b podna proporcionar luz a niveles de longitudes de onda y energfa mas aptos para la formacion de imagenes por reflectancia retrodispersada. O podna proporcionar iluminacion de luz blanca u otra iluminacion polfcroma para capturar una imagen de luz blanca o una imagen polfcroma que, cuando se muestre lado a lado con una imagen FIRE, puede contribuir a identificar caractensticas, tales como manchas o hipocalcificacion, que, si no, podnan complicar la deteccion de caries.
En una realizacion, una imagen de luz blanca tambien proporciona los datos de reflectancia retrodispersada que se usan con los datos de fluorescencia para generar la imagen FIRE. Para obtener la imagen de reflectancia a partir de la imagen de luz blanca, se usa un filtro adecuado para transmitir una porcion seleccionada del espectro de la luz reflejada y bloquear otras porciones de la luz reflejada. Alternativamente, para un sensor o camara 32 en color, los datos de reflectancia son obtenidos de un canal de color de la imagen de luz blanca, normalmente no del canal rojo. Aunque pueden usarse las porciones azules del espectro de forma sumamente favorable para datos de la imagen de reflectancia, hay ventajas en usar el intervalo espectral verde, particularmente dado que la respuesta espectral de los sensores o una camara en color resulta a menudo ventajosa para la porcion verde del espectro.
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En una realizacion, segun se muestra en la Figura 12, la imagen FIRE 64 y la imagen 54 de luz blanca se presentan lado a lado en un monitor 82 de visualizacion. La imagen FIRE 64 es generalmente una imagen de escala de grises. Alternativamente, la imagen FIRE 64 puede estar tintada con una coloracion verdosa. Se ha encontrado que esto resulta util para el dentista o el tecnico que hace funcionar el aparato de formacion de imagenes, dado que sugiere el 5 contenido de fluorescencia en la imagen FIRE 64.
Asf, se proporcionan un aparato y un procedimiento para la deteccion de caries en fases tempranas y posteriores usando los efectos combinados de la reflectancia retrodispersada y la fluorescencia.
Lista de partes
10 aparato de formacion de imagenes
12 fuente luminosa
13 difusor
14 lente
16a fuente luminosa
16b fuente luminosa
18 divisor de haz polarizante
20 diente
22 lente
26 filtro
28 filtro
30 camara
32 camara
34 divisor de haz
38 aparato de procesamiento
40 dispositivo de visualizacion
42 polarizador
44 analizador
50 imagen de fluorescencia
52 imagen de reflectancia
54 imagen de luz blanca
58 region de caries
60 imagen FIRE
62 imagen umbral
64 imagen umbral FIRE mejorada
70 imagen
72 imagen
74 correlacion entrada/salida 76 porcion no usada 78 desplazamiento 80 imagen
82 monitor de visualizacion 86a lesiones de caries 86b lesiones de caries

Claims (14)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un procedimiento para formar una imagen mejorada de un diente que comprende:
    a) obtener datos de la imagen de fluorescencia del diente mediante:
    i) dirigiendo luz incidente hacia el diente;
    ii) detectando la emision fluorescente proveniente del diente;
    iii) almacenando un valor de los datos de la imagen de fluorescencia para cada posicion de pixel en la imagen de fluorescencia;
    b) obtener datos de la imagen de reflectancia del diente mediante:
    i) dirigiendo luz incidente hacia el diente;
    ii) detectando la luz de la reflectancia retrodispersada desde el diente;
    iii) almacenando un valor de los datos de la imagen de reflectancia para cada posicion de pixel en la imagen de reflectancia;
    caracterizado porque el procedimiento, ademas, comprende
    c) combinar cada pixel de los datos de la imagen de fluorescencia con su correspondiente pixel de los datos de la imagen de reflectancia mediante:
    i) restando un desplazamiento con respecto al valor de los datos de la imagen de reflectancia para generar valor desplazado de los datos de la imagen de reflectancia, en el que el desplazamiento se aproxima a la diferencia en intensidad entre la distribucion de los datos de la imagen de fluorescencia y la distribucion de los datos de la imagen de reflectancia;
    ii) calculando, despues de restar el desplazamiento, un valor de los datos de imagen mejorada segun una diferencia entre el valor de los datos de la imagen de fluorescencia y el valor desplazado de los datos de la imagen de reflectancia; y por lo cual la imagen mejorada se forma a partir de un conjunto resultante de pfxeles de los valores de los datos de la imagen mejorada.
  2. 2. El procedimiento de la reivindicacion 1 que, ademas, comprende la etapa de mostrar la imagen mejorada del diente.
  3. 3. El procedimiento de la reivindicacion 1 en el que la luz incidente incluye longitudes de onda entre aproximadamente 300 y 500 nm.
  4. 4. El procedimiento de la reivindicacion 1 en el que la obtencion de los datos de la imagen de fluorescencia comprende la etapa de usar un filtro verde.
  5. 5. El procedimiento de la reivindicacion 1 en el que la obtencion de los datos de la imagen de reflectancia comprende la etapa de usar un filtro azul.
  6. 6. El procedimiento de la reivindicacion 1 en el que la etapa de obtencion de los datos de la imagen de reflectancia comprende el uso de una camara.
  7. 7. El procedimiento de la reivindicacion 6 en el que la camara es una camara en color.
  8. 8. El procedimiento de la reivindicacion 1 en el que los datos de la imagen de fluorescencia y los datos de la
    imagen de reflectancia son obtenidos de planos de color diferentes de una sola captura de imagen a todo color.
  9. 9. El procedimiento de la reivindicacion 1 en el que los datos de la imagen de fluorescencia y los datos de la
    imagen de reflectancia son obtenidos de capturas de imagenes separadas.
  10. 10. El procedimiento de la reivindicacion 2 en el que la representacion de la imagen mejorada tiene un tinte de color no gris.
  11. 11. El procedimiento de la reivindicacion 2 en el que la representacion de la imagen mejorada tiene un tinte de color verde.
  12. 12. El procedimiento de la reivindicacion 2 en el que la etapa de representacion de la imagen mejorada del tejido dentario comprende la representacion simultanea de la imagen mejorada y una imagen del diente obtenida usando una fuente luminosa polfcroma.
  13. 13. El procedimiento de la reivindicacion 1 en el que la etapa de dirigir luz hacia el diente comprende la etapa de excitar una fuente luminosa tomada del grupo que consiste en un laser, un LED y una lampara.
  14. 14. El procedimiento de la reivindicacion 1 en el que la obtencion de una imagen de reflectancia comprende dirigir una luz poKcroma incidente hacia el diente.
ES07837356.0T 2006-08-31 2007-08-27 Procedimiento de detección de caries Active ES2608406T3 (es)

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