JP2004526550A - 歯のイメージを獲得し、処理するための方法および装置 - Google Patents
歯のイメージを獲得し、処理するための方法および装置 Download PDFInfo
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Abstract
歯のイメージを獲得し、処理するための方法および装置において、可視光パルスと交互する単色紫外線パルスを使用して歯の領域12を励起する手段と、発光スペクトルの２つの高および低エネルギの波長帯域で歯によって放射された蛍光のイメージを採取するビデオ手段32，34，36，38と、前記２つの波長帯域内の蛍光のスペクトル強度を比較し、歯の検査された領域12内における虫歯の存在または不在を確認するために情報を処理する手段40とを含んでいる。
【選択図】図１
【選択図】図１
Description
【技術分野】
【０００１】
本発明は、虫歯を検出するために歯のイメージを獲得し、処理する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
虫歯の検出方法は、とくに米国特許第 4,290 443号明細書および第 4,479 499号明細書においてすでに提案されており、この方法は、単色光で歯の領域を照明し、２つの予め定められた波長で歯により放射されたルミネセンスの強度を測定し、その波長の1つにおいて、虫歯のある歯の領域と虫歯のない歯の領域は照明による励起に対して実質的に同じ輝度応答特性を有し、他方の波長においては、放射されたルミネセンスの強度は、虫歯のある領域に対して大きく、最後に虫歯がないことが知られている歯の領域と検査中の歯の領域とに対して前記2つの波長で採取された測定値を比較する。
【０００３】
とくに、約３５０ナノメータ（ｎｍ）乃至６００ｎｍの範囲の波長において単色光で歯を照明し、４４０ｎｍ乃至４７０ｎｍの範囲の第１の波長および５６０ｎｍ乃至６４０ｎｍの範囲の第２の波長で歯により放射された光の強度を測定する提案がなされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この既知の技術に関する欠点は、約３５０乃至６００ｎｍの範囲の波長で単色光による照明を使用することにより、歯のどの成分が歯の照明に対するルミネセンスの応答特性を生成するかが知られておらず、したがって、とくに歯の有機部分のルミネセンス応答特性は歯磨きの程度や患者の食事習慣等の、ある数のファクタの関数として変化するために、結果に関する不確実性の原因となっていることである。
【０００５】
この既知の技術の別の欠点は、２つの波長だけで歯の照明された領域の統合されたルミネセンスの応答特性を測定することであり、このようなスポット測定からは、歯の検査されている領域の状態に関する十分な情報が得られず、結果的に品質に関する不確実性の別の原因となる。
【０００６】
さらに別の欠点は、歯の検査されている領域が約４００ｎｍより短い波長、すなわち、可視スペクトルの外側の波長において単色光により照明された場合、歯のどの領域が照明されているのか、および歯のどの領域に虫歯があるのかが医師には正確にわからないことである。これは実際には、その技術の使用を可視光による照明に制限し、それによって、以下さらに詳細に説明する理由のために、測定値が不正確であるか、またはエラーのある結果となる。
【０００７】
本発明の特定の目的は、上記に特定されたタイプであるが、しかし既知の技術の上記に特定された欠点のない方法および装置を提供することである。
【０００８】
本発明の別の目的は、虫歯が早期の進行段階であっても高い信頼性により正確に検出されることを可能にし、歯の検査されている領域を正確に表示すると共にその位置を突きとめることもまた可能にするタイプの方法および装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
したがって、本発明は、単色光で歯の領域を照明して、その歯の照明された領域により放射された輝度をピックアップするステップを含む歯のイメージを獲得し、処理する方法を提供し、この方法は、歯のミネラル部分による蛍光放射を励起するように選択された波長において単色光で前記歯の領域を照明し、一方が発光スペクトルの高エネルギ部分のものであり、他方が低エネルギ部分のものである２つの波長帯域で照明された歯の領域のイメージを採取するためにビデオ手段を使用し、前記イメージの各地点においてこれら２つの波長帯域で放射された蛍光のスペクトル強度を測定し、上記に特定された２つの波長帯域において各地点で測定された強度の比率を形成し、前記比率を予め定められた値と比較するステップを含んでいることを特徴とする。
【００１０】
虫歯があるならば、その検出は、水酸燐灰石の単結晶によって構成されている歯のミネラル成分により２つの波長帯域で放射された蛍光を検出することに基づいている。虫歯は、細菌により生成された酸により引起され、水酸燐灰石単結晶の大きさが減少する歯の表面の硬化組織の進行性の局部化された鉱物質消失と、および歯の表面の光学物理的特性に対する変化とを特徴とする。適切な波長の光による励起に応答して、歯のミネラル成分は、歯が虫歯に冒されている場合に赤色に変化する蛍光を放射する。一方が発光スペクトルの高エネルギ部分のものであり、他方がその低エネルギ部分のものである２つの波長帯域において放射された蛍光のスペクトル強度を測定し、これら２つの測定値の比率を得ることにより、エナメルに対して約２乃至３に等しく、象牙質に対しては約４に等しく、虫歯に対しては約０．５乃至１に等しい値が得られ、これらの値は虫歯の進行段階および凝固した有機物質の存在とは無関係である。
【００１１】
さらに、スペクトル強度測定値の比率を示す地点単位のイメージにより、歯の照明された領域の表面の形状の影響および、したがって波状湾曲（ｆｏｌｄ）または凹み（ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ）の存在による変化を無視することが可能になり、検出装置の光軸に対する前記表面の傾斜および歯の検査されている領域の照明の不均一さを無視することも可能になる。
【００１２】
このようにして、本発明の方法は全体的に、虫歯が早期の進行段階でも高い信頼性により正確に検出されることを可能にする。それはまた、歯の健康な部分を損なうことなく虫歯に冒された部分を完全に除去するように、鉱物質の消失が生じた歯の物質を除去する外科的介入の効果を正確に監視することを可能にする。
【００１３】
本発明の別の特徴によると、照明波長は約３００ｎｍ乃至３７０ｎｍの範囲のものであり、放射された蛍光のスペクトル強度は、励起波長と約４５０ｎｍ乃至６００ｎｍの範囲の波長との間の帯域帯域と、約５５０ｎｍ乃至６００ｎｍと約７５０ｎｍ乃至８００ｎｍとの間の範囲の帯域帯域において測定される。
このようにして、虫歯の検出の感度および正確度は最大化される。
【００１４】
本発明の別の特徴によると、この方法は、上述した波長および可視スペクトルの波長の光のパルスで交互に歯の前記領域を照明し、ビデオ手段を使用して前記２つの波長で連続して照明された前記領域のイメージを採取し、イメージをイメージプロセッサおよび表示手段に伝送するステップを含んでいる。
【００１５】
この方法はまた有効に、前記２つの波長で採取されたイメージを累積した後にそれらを処理し、歯の照明された領域により放射された蛍光のイメージと可視光で照明された前記領域のイメージとを表示するステップを含んでいる。
【００１６】
この二重表示により、医師は検査されている歯の領域を正確に視覚化して位置を突きとめることが可能になる。
【００１７】
同じレーザ発生器を使用して、蛍光を励起するパルスと、可視光により照明を行うパルスとを生成することが可能であり、これらのパルスは持続期間が、たとえば、数マイクロ秒から１ナノ秒以下までの範囲のものであり、レーザ発生器はまたおそらく、同期パルスを、たとえば赤外線で生成するために使用される。とくに、同期に対して１０６４ｎｍの波長で、可視光での照明のために５３２ｎｍ（第２の高調波）の波長で、および蛍光を励起するために３５５ｎｍ（第３の高調波）の波長で非常に短い持続期間のパルスを生成するＱスイッチＮｄ／ＹＡＧタイプのレーザ発生器を使用することができる。
【００１８】
本発明はまた上述された方法を行うための装置を提供し、この装置は、単色の光源と、前記光源により放射された光によって歯の領域を照明して歯からの光をピックアップする光学的手段と、ピックアップされた光をスペクトルフィルタ手段に伝送する伝送手段と、スペクトルフィルタ手段からの光を感知する光検出器と、フォトレシーバによって出力された信号を受取るデータプロセッサ手段とを備えており、光源が歯のミネラル部分による蛍光の放射物を励起するように選択された波長で放射し、可視光で照明された歯のイメージと発光スペクトルの高エネルギおよび低エネルギ波長帯域のそれぞれにおける歯の蛍光のイメージとを交互に採取するシャッタまたは時間ゲート手段に関連した、歯の照明された領域のイメージを採取するビデオ手段を備え、データプロセッサ手段が発光スペクトルの前記波長帯域において測定された強度の間のイメージの各地点において比率を採取するように設けられていることを特徴とする。
【００１９】
使用されるスペクトルフィルタ手段は、たとえば、交換可能なカラーフィルタまたは超音響光学フィルタあるいは液晶フィルタもしくは１組の二色性ミラーを備えている。
【００２０】
伝送手段は、光ファイバイメージガイドまたはトランスバース屈折率勾配を有するガラスバーを備えたボアスコープを有効に備えている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下において例示により与えられている説明および添付図面を参照とすることによって本発明はさらによく認識され、その別の特徴、詳細および利点がさらに明らかになるであろう。
本発明の方法および装置は、歯のミネラル部分による蛍光の放射物を励起する紫外線単色光のビーム14によって歯10の領域12を照射し、発光スペクトルの高エネルギ部分および低エネルギ部分である２つの異なった波長帯域における歯の領域12の蛍光のイメージを検出することに基づいており、これら２つの帯域における蛍光のスペクトル強度測定値の各地点での比率は、歯の検査をされている領域12に虫歯があるか否かを決定するように機能する。
【００２２】
本発明によって解決される問題の性質をよく理解するために、虫歯とは、予防が行われていなかったか、あるいは失敗した場合に、初期感染および病理学的処置の開始から長期間経過後に現れる病変の兆候および症状である感染病であり、この病変は、プラーク形成細菌により生成された酸が歯の石灰化組織の表面鉱物質の消失を発生させている物理化学的現象のせいであることが想起される。
【００２３】
現在、歯の病理の検出は本質的に、医師によって行われる直接的な視覚評価および触覚評価、あるいはＸ線画像に依存している。Ｘ線のイオン化性質は、それらが虫歯の予防およびモニタリングケアのために繰返し日常的に使用されることができないことを意味する。さらに、医師による視覚または触覚評価では、病気に冒されている領域の再無機質化がカルシウムおよびリンイオンの元の位置への沈殿によって依然として可能であり、それによって治療に有効な外科的介入の必要性が回避される初期の進行段階で虫歯を検出することができない。
【００２４】
本発明の装置は、信頼でき、個人とは無関係である方法でとくにこのような早期検出を行うのに役立つ。
【００２５】
図１に概略的に示されている本発明の装置は、たとえば、１２キロヘルツ（ＫＨｚ）の繰返し周波数で１０６４ｎｍ、５３２ｎｍおよび３５５ｎｍ等の種々の波長のパルスを生成するたとえば、ＱスイッチＮｄ／ＹＡＧタイプのレーザ発生器16を備え、このレーザ発生器16はまた、スペクトルフィルタ手段18およびレンズ20の両方と関連しており、このレンズ20は、光ファイバ22を出てレンズ24を通過し、歯10の検査領域12に向かってミラー26により反射されるパルス14を伝送する光ファイバ22の入口に焦点を結ばせる。
【００２６】
例示すると、スペクトルフィルタ手段18は、一方が３５５ｎｍの波長を伝送して５３２ｎｍの波長を遮断し、他方が反対に５３２ｎｍの波長を伝送して３５５ｎｍの波長を遮断する２個の交換可能なカラーフィルタを備えている。これら２つのフィルタはたとえば電気機械タイプの支持体上に取付けられ、それは、これらフィルタがレーザ発生器16の出口に順次配置されることを可能にする。
【００２７】
歯の領域12を照明する手段24，26はまた、たとえば光ファイバ束等によって形成されたイメージガイドのような光学伝送手段30の入力上に焦点を結ばれる放射された蛍光28をピックアップする手段を構成する。
【００２８】
手段22，24，26および30は、医師が片手で保持し、患者の歯を検査するためにそのユニットの一端を患者の口中に挿入することのできる一体型ユニットに組合せられることが有効である。
【００２９】
伝送手段30を出た光ビーム28は、レンズ34、スペクトルフィルタ手段36、およびシャッタまたは時間ゲートを形成する手段38を介してビデオ捕捉手段32に導かれる。
【００３０】
スペクトルフィルタ手段36は、一方が励起波長と約４５０ｎｍ−６００ｎｍの範囲の波長を伝送し、他方が約５５０ｎｍ−６００ｎｍ乃至約７５０ｎｍ−８００ｎｍの範囲の波長を伝送するバンドパス型の２個のカラーフィルタを備えている。
【００３１】
シャッタまたは時間ゲートを形成する手段38は、高エネルギ帯域における波長または低エネルギ帯域における他の波長のいずれか、あるいは歯の検査されている領域12により反射されて拡散された５３２ｎｍの波長におけるパルスに事実上対応した波長をビデオ捕捉手段32に送るように制御される。手段36のカラーフィルタは共通の電気機械タイプの支持体上に取付けられ、この支持体は、伝送手段30を出た光の光軸上にそれらを順に挿入し、また、５３２ｎｍの波長におけるパルスの反射および拡散に対応した光を伝送したときは、前記軸上にいずれのフィルタも位置させない。
【００３２】
シャッタまたは時間ゲートを形成する手段38は、たとえば、加速グリッド上における電圧変調により画像増幅器（ｉｍａｇｅ ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｅｒ）によって形成され、シャッタは歯10からの蛍光および可視光のパルスを送るためにのみ開いたままである。シャッタは、それが閉じられているときは、歯の表面の特性に関する情報を伝送しない全ての光が通過しないようにする。別の形態においては、機械的または液晶シャッタ、超音響光学デフレクタ、非常に短い電荷累積時間を有するカメラ等を使用することもできる。
【００３３】
イメージ捕捉手段32は、電荷結合装置（ＣＣＤ）タイプの光受信装置を有する黒および白マトリックスカメラにより形成されていることが好ましく、その出力は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）タイプのマイクロコンピュータ等のデータプロセッサ手段40の入力に接続されている。同期手段42は、データプロセッサ手段40と、発生器16と、フィルタ手段18および36と、シャッタ手段38と、およびビデオ捕捉手段32と関連している。これらの同期手段42は、レーザ発生器16による１０６４ｎｍの波長で生成された同期パルスを受取る。
【００３４】
装置は以下のように使用される：
手段22，24，26および30は、歯10の検査のために医師が保持して、領域12に向けることのできるプローブを形成する。５３２ｎｍおよび３５５ｎｍの波長でレーザ発生器により放射されたパルスは、スペクトルフィルタ手段18および光ファイバ22によって歯の領域12に交互に伝送される。３５５ｎｍのパルスは歯の表面の組織の成分によって吸収され、この成分は、典型的に数ナノ秒の非常に短い期間中に蛍光を放射することにより下方遷移（ｄｅ−ｅｘｃｉｔｅ）される。同様に、５３２ｎｍの波長における可視光パルスは歯の表面によって反射され、拡散される。歯からの光のパルスは光学手段24，26によりピックアップされて、手段30によりスペクトルフィルタ手段36に伝送され、このスペクトルフィルタ手段36はシャッタまたは時間ゲートを形成する手段38によってビデオ捕捉手段32に関連付けられている。手段32によって獲得されたビデオイメージは、データプロセッサ手段40に伝送され、適切な手段上に、とくに表示スクリーン上に表示される。
【００３５】
図２には、この方法の基本的なステップが概略的に示されており、この図において、44は発生器16による光パルスの放射を示し、46は、蛍光を励起するパルスが第１の期間48中に伝送されることを可能にし、第２の期間50の期間中における可視光のパルスにより後続される手段18によるこれらのパルスのスペクトルフィルタ処理を示し、48は、歯の検査領域12による蛍光のパルス52の放射およびそれに後続する領域の表面による反射および、または拡散された可視光のパルス54を示し、56は手段30により伝送された光パルスのスペクトルフィルタ処理を示し、このスペクトルフィルタ処理は歯の表面によって反射および、または拡散された可視光パルスが通過することを可能にすることにより高エネルギ帯域58および低エネルギ帯域60ならびに最後に62において連続的して行われる。
【００３６】
その後、64において、シャッタまたは時間ゲート手段38が開いているインターバル66の期間中における発光スペクトルの高および低エネルギ帯域での蛍光イメージならびに可視光イメージの捕捉が認められる。
【００３７】
これは70に示されているように、高エネルギ帯域の蛍光イメージの累積72と、低エネルギ帯域の蛍光イメージの累積74と、および可視光イメージの累積76とを示す。
【００３８】
その後、手段40より行われる処理により78に示されているように、高エネルギ帯域の蛍光イメージの記憶80と、および低エネルギ帯域の蛍光イメージの記憶82とが行われ、蛍光イメージに関する処理84および可視光イメージの記憶86もまた行われ、その後88に示されているように、蛍光から結果的に得られたイメージ90および可視光から結果的に得られたイメージ92が表示される。
【００３９】
さらに詳細に述べると、84において行われる蛍光イメージの処理は、上述した高および低エネルギ帯域において放射された蛍光のスペクトル強度を測定し、その比率を採取し、その比率を予め定められた値と比較することである。
【００４０】
図３は、象牙質（曲線Ａ）、エナメル（曲線Ｂ）、初期進行段階の虫歯（曲線Ｃ）、およびかなり進行した段階の虫歯（曲線Ｄ）による波長の関数として放射された蛍光の変化を表した曲線を示すグラフである。
【００４１】
曲線ＥおよびＦは、スペクトルフィルタ手段36の高エネルギおよび低エネルギフィルタのパスバンドを示している。
【００４２】
蛍光曲線は虫歯に対しては赤に向かってオフセットされ、放射された蛍光強度は、凝固した有機物質の存在のために、かなり進行した段階の虫歯より低いことが認められる。
【００４３】
パスバンドＥおよびＦの蛍光イメージに関して行われた処理は、これら２つの帯域における蛍光エネルギの強度を測定し、その比率を採取することである。図４には、横座標に沿って表された、歯に対して測定された空間的ディメンションの関数としてこの比率のバリエーションの３つの例が概略的に示されている。とくに、発光スペクトルの低エネルギ帯域における蛍光エネルギにより除算された高エネルギ帯域における蛍光エネルギの比率は、エナメルに対して約２乃至３の範囲の値の間で変化することができ、象牙質に対しては実質的に４に等しく、虫歯に冒された部分に関しては０．５乃至１の範囲内であることが認められる。
【００４４】
蛍光イメージのこれらの強度の比率により、歯の検査中に表面の形状、すなわち、波状湾曲（ｆｏｌｄ）または凹み（ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ）の存在を無視することが可能になり、照明の光軸に対する前記表面の傾斜および照明の不均一性を無視することも可能になる。
【００４５】
蛍光イメージおよび可視光イメージを表示スクリーン上に表示することにより、医師は虫歯に冒されている歯の領域の位置を正確に突きとめることが可能になる。虫歯に冒された領域がたとえば赤く見え、医師に明白に見えるように偽カラーで蛍光エネルギ比率の変化を示すこともできる。
【００４６】
当然、説明され、図示された手段に対して種々の修正を行うことができる。たとえば、Ｎｄ3+，Ｙｂ等でドープされた水晶またはガラスを有する高調波発生を使用する別のレーザ発生器、あるいは３３７ｎｍで動作する窒素レーザ、３０８ｎｍまたは３５１ｎｍで動作するエキシマレーザ、半導体レーザ、紫外線放電ランプ等を使用することができる。さらに、たとえば、１ｍｍの直径および約１ｍの長さを有するフレキシブルなイメージガイドと、本発明の好ましい実施形態では３０，０００本の個々の光ファイバとを備えているイメージ伝送手段30は、ミラーおよびレンズのシステムによって、あるいはトランスバース屈折率勾配を有するガラスのバーの使用に基づいたボアスコープによって置換されることができる。
【００４７】
スペクトルフィルタは超音波光学フィルタ、１組の二色性ミラー、液晶フィルタ等によって構成されてもよい。
【００４８】
本発明の好ましい実施形態においてＣＣＤセンサのマトリックスによって形成されたビデオ捕捉手段32は、フォトダイオード、ビジコン、ＣＭＯＳセンサのマトリックスによって置換されてもよく、それらはアナログまたはデジタル、単色またはカラーのビデオ出力を有してもよい。
【００４９】
当然、照明するための光を伝送する手段22は、発生器16によって生成されたレーザビームが均一の強度により効率的に注入されることを可能にするように一方の端部が構成され、他方の端部が歯の領域12を均一に照明するように構成された複数の光ファイバを含んでいてもよい。
【００５０】
照明およびピックアップのために、説明され、図示されているものとは異なった光学手段24，26を使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の装置の本質的な素子の概略図。
【図２】装置の動作のタイミング図。
【図３】歯の種々の部分の蛍光スペクトルと、および蛍光のスペクトル強度を測定するために使用された波長帯域とを示すグラフ。
【図４】歯の異なった部分に対して２つの波長帯域で測定された蛍光強度の比率の変化を示すグラフ。
【０００１】
本発明は、虫歯を検出するために歯のイメージを獲得し、処理する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
虫歯の検出方法は、とくに米国特許第 4,290 443号明細書および第 4,479 499号明細書においてすでに提案されており、この方法は、単色光で歯の領域を照明し、２つの予め定められた波長で歯により放射されたルミネセンスの強度を測定し、その波長の1つにおいて、虫歯のある歯の領域と虫歯のない歯の領域は照明による励起に対して実質的に同じ輝度応答特性を有し、他方の波長においては、放射されたルミネセンスの強度は、虫歯のある領域に対して大きく、最後に虫歯がないことが知られている歯の領域と検査中の歯の領域とに対して前記2つの波長で採取された測定値を比較する。
【０００３】
とくに、約３５０ナノメータ（ｎｍ）乃至６００ｎｍの範囲の波長において単色光で歯を照明し、４４０ｎｍ乃至４７０ｎｍの範囲の第１の波長および５６０ｎｍ乃至６４０ｎｍの範囲の第２の波長で歯により放射された光の強度を測定する提案がなされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この既知の技術に関する欠点は、約３５０乃至６００ｎｍの範囲の波長で単色光による照明を使用することにより、歯のどの成分が歯の照明に対するルミネセンスの応答特性を生成するかが知られておらず、したがって、とくに歯の有機部分のルミネセンス応答特性は歯磨きの程度や患者の食事習慣等の、ある数のファクタの関数として変化するために、結果に関する不確実性の原因となっていることである。
【０００５】
この既知の技術の別の欠点は、２つの波長だけで歯の照明された領域の統合されたルミネセンスの応答特性を測定することであり、このようなスポット測定からは、歯の検査されている領域の状態に関する十分な情報が得られず、結果的に品質に関する不確実性の別の原因となる。
【０００６】
さらに別の欠点は、歯の検査されている領域が約４００ｎｍより短い波長、すなわち、可視スペクトルの外側の波長において単色光により照明された場合、歯のどの領域が照明されているのか、および歯のどの領域に虫歯があるのかが医師には正確にわからないことである。これは実際には、その技術の使用を可視光による照明に制限し、それによって、以下さらに詳細に説明する理由のために、測定値が不正確であるか、またはエラーのある結果となる。
【０００７】
本発明の特定の目的は、上記に特定されたタイプであるが、しかし既知の技術の上記に特定された欠点のない方法および装置を提供することである。
【０００８】
本発明の別の目的は、虫歯が早期の進行段階であっても高い信頼性により正確に検出されることを可能にし、歯の検査されている領域を正確に表示すると共にその位置を突きとめることもまた可能にするタイプの方法および装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
したがって、本発明は、単色光で歯の領域を照明して、その歯の照明された領域により放射された輝度をピックアップするステップを含む歯のイメージを獲得し、処理する方法を提供し、この方法は、歯のミネラル部分による蛍光放射を励起するように選択された波長において単色光で前記歯の領域を照明し、一方が発光スペクトルの高エネルギ部分のものであり、他方が低エネルギ部分のものである２つの波長帯域で照明された歯の領域のイメージを採取するためにビデオ手段を使用し、前記イメージの各地点においてこれら２つの波長帯域で放射された蛍光のスペクトル強度を測定し、上記に特定された２つの波長帯域において各地点で測定された強度の比率を形成し、前記比率を予め定められた値と比較するステップを含んでいることを特徴とする。
【００１０】
虫歯があるならば、その検出は、水酸燐灰石の単結晶によって構成されている歯のミネラル成分により２つの波長帯域で放射された蛍光を検出することに基づいている。虫歯は、細菌により生成された酸により引起され、水酸燐灰石単結晶の大きさが減少する歯の表面の硬化組織の進行性の局部化された鉱物質消失と、および歯の表面の光学物理的特性に対する変化とを特徴とする。適切な波長の光による励起に応答して、歯のミネラル成分は、歯が虫歯に冒されている場合に赤色に変化する蛍光を放射する。一方が発光スペクトルの高エネルギ部分のものであり、他方がその低エネルギ部分のものである２つの波長帯域において放射された蛍光のスペクトル強度を測定し、これら２つの測定値の比率を得ることにより、エナメルに対して約２乃至３に等しく、象牙質に対しては約４に等しく、虫歯に対しては約０．５乃至１に等しい値が得られ、これらの値は虫歯の進行段階および凝固した有機物質の存在とは無関係である。
【００１１】
さらに、スペクトル強度測定値の比率を示す地点単位のイメージにより、歯の照明された領域の表面の形状の影響および、したがって波状湾曲（ｆｏｌｄ）または凹み（ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ）の存在による変化を無視することが可能になり、検出装置の光軸に対する前記表面の傾斜および歯の検査されている領域の照明の不均一さを無視することも可能になる。
【００１２】
このようにして、本発明の方法は全体的に、虫歯が早期の進行段階でも高い信頼性により正確に検出されることを可能にする。それはまた、歯の健康な部分を損なうことなく虫歯に冒された部分を完全に除去するように、鉱物質の消失が生じた歯の物質を除去する外科的介入の効果を正確に監視することを可能にする。
【００１３】
本発明の別の特徴によると、照明波長は約３００ｎｍ乃至３７０ｎｍの範囲のものであり、放射された蛍光のスペクトル強度は、励起波長と約４５０ｎｍ乃至６００ｎｍの範囲の波長との間の帯域帯域と、約５５０ｎｍ乃至６００ｎｍと約７５０ｎｍ乃至８００ｎｍとの間の範囲の帯域帯域において測定される。
このようにして、虫歯の検出の感度および正確度は最大化される。
【００１４】
本発明の別の特徴によると、この方法は、上述した波長および可視スペクトルの波長の光のパルスで交互に歯の前記領域を照明し、ビデオ手段を使用して前記２つの波長で連続して照明された前記領域のイメージを採取し、イメージをイメージプロセッサおよび表示手段に伝送するステップを含んでいる。
【００１５】
この方法はまた有効に、前記２つの波長で採取されたイメージを累積した後にそれらを処理し、歯の照明された領域により放射された蛍光のイメージと可視光で照明された前記領域のイメージとを表示するステップを含んでいる。
【００１６】
この二重表示により、医師は検査されている歯の領域を正確に視覚化して位置を突きとめることが可能になる。
【００１７】
同じレーザ発生器を使用して、蛍光を励起するパルスと、可視光により照明を行うパルスとを生成することが可能であり、これらのパルスは持続期間が、たとえば、数マイクロ秒から１ナノ秒以下までの範囲のものであり、レーザ発生器はまたおそらく、同期パルスを、たとえば赤外線で生成するために使用される。とくに、同期に対して１０６４ｎｍの波長で、可視光での照明のために５３２ｎｍ（第２の高調波）の波長で、および蛍光を励起するために３５５ｎｍ（第３の高調波）の波長で非常に短い持続期間のパルスを生成するＱスイッチＮｄ／ＹＡＧタイプのレーザ発生器を使用することができる。
【００１８】
本発明はまた上述された方法を行うための装置を提供し、この装置は、単色の光源と、前記光源により放射された光によって歯の領域を照明して歯からの光をピックアップする光学的手段と、ピックアップされた光をスペクトルフィルタ手段に伝送する伝送手段と、スペクトルフィルタ手段からの光を感知する光検出器と、フォトレシーバによって出力された信号を受取るデータプロセッサ手段とを備えており、光源が歯のミネラル部分による蛍光の放射物を励起するように選択された波長で放射し、可視光で照明された歯のイメージと発光スペクトルの高エネルギおよび低エネルギ波長帯域のそれぞれにおける歯の蛍光のイメージとを交互に採取するシャッタまたは時間ゲート手段に関連した、歯の照明された領域のイメージを採取するビデオ手段を備え、データプロセッサ手段が発光スペクトルの前記波長帯域において測定された強度の間のイメージの各地点において比率を採取するように設けられていることを特徴とする。
【００１９】
使用されるスペクトルフィルタ手段は、たとえば、交換可能なカラーフィルタまたは超音響光学フィルタあるいは液晶フィルタもしくは１組の二色性ミラーを備えている。
【００２０】
伝送手段は、光ファイバイメージガイドまたはトランスバース屈折率勾配を有するガラスバーを備えたボアスコープを有効に備えている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下において例示により与えられている説明および添付図面を参照とすることによって本発明はさらによく認識され、その別の特徴、詳細および利点がさらに明らかになるであろう。
本発明の方法および装置は、歯のミネラル部分による蛍光の放射物を励起する紫外線単色光のビーム14によって歯10の領域12を照射し、発光スペクトルの高エネルギ部分および低エネルギ部分である２つの異なった波長帯域における歯の領域12の蛍光のイメージを検出することに基づいており、これら２つの帯域における蛍光のスペクトル強度測定値の各地点での比率は、歯の検査をされている領域12に虫歯があるか否かを決定するように機能する。
【００２２】
本発明によって解決される問題の性質をよく理解するために、虫歯とは、予防が行われていなかったか、あるいは失敗した場合に、初期感染および病理学的処置の開始から長期間経過後に現れる病変の兆候および症状である感染病であり、この病変は、プラーク形成細菌により生成された酸が歯の石灰化組織の表面鉱物質の消失を発生させている物理化学的現象のせいであることが想起される。
【００２３】
現在、歯の病理の検出は本質的に、医師によって行われる直接的な視覚評価および触覚評価、あるいはＸ線画像に依存している。Ｘ線のイオン化性質は、それらが虫歯の予防およびモニタリングケアのために繰返し日常的に使用されることができないことを意味する。さらに、医師による視覚または触覚評価では、病気に冒されている領域の再無機質化がカルシウムおよびリンイオンの元の位置への沈殿によって依然として可能であり、それによって治療に有効な外科的介入の必要性が回避される初期の進行段階で虫歯を検出することができない。
【００２４】
本発明の装置は、信頼でき、個人とは無関係である方法でとくにこのような早期検出を行うのに役立つ。
【００２５】
図１に概略的に示されている本発明の装置は、たとえば、１２キロヘルツ（ＫＨｚ）の繰返し周波数で１０６４ｎｍ、５３２ｎｍおよび３５５ｎｍ等の種々の波長のパルスを生成するたとえば、ＱスイッチＮｄ／ＹＡＧタイプのレーザ発生器16を備え、このレーザ発生器16はまた、スペクトルフィルタ手段18およびレンズ20の両方と関連しており、このレンズ20は、光ファイバ22を出てレンズ24を通過し、歯10の検査領域12に向かってミラー26により反射されるパルス14を伝送する光ファイバ22の入口に焦点を結ばせる。
【００２６】
例示すると、スペクトルフィルタ手段18は、一方が３５５ｎｍの波長を伝送して５３２ｎｍの波長を遮断し、他方が反対に５３２ｎｍの波長を伝送して３５５ｎｍの波長を遮断する２個の交換可能なカラーフィルタを備えている。これら２つのフィルタはたとえば電気機械タイプの支持体上に取付けられ、それは、これらフィルタがレーザ発生器16の出口に順次配置されることを可能にする。
【００２７】
歯の領域12を照明する手段24，26はまた、たとえば光ファイバ束等によって形成されたイメージガイドのような光学伝送手段30の入力上に焦点を結ばれる放射された蛍光28をピックアップする手段を構成する。
【００２８】
手段22，24，26および30は、医師が片手で保持し、患者の歯を検査するためにそのユニットの一端を患者の口中に挿入することのできる一体型ユニットに組合せられることが有効である。
【００２９】
伝送手段30を出た光ビーム28は、レンズ34、スペクトルフィルタ手段36、およびシャッタまたは時間ゲートを形成する手段38を介してビデオ捕捉手段32に導かれる。
【００３０】
スペクトルフィルタ手段36は、一方が励起波長と約４５０ｎｍ−６００ｎｍの範囲の波長を伝送し、他方が約５５０ｎｍ−６００ｎｍ乃至約７５０ｎｍ−８００ｎｍの範囲の波長を伝送するバンドパス型の２個のカラーフィルタを備えている。
【００３１】
シャッタまたは時間ゲートを形成する手段38は、高エネルギ帯域における波長または低エネルギ帯域における他の波長のいずれか、あるいは歯の検査されている領域12により反射されて拡散された５３２ｎｍの波長におけるパルスに事実上対応した波長をビデオ捕捉手段32に送るように制御される。手段36のカラーフィルタは共通の電気機械タイプの支持体上に取付けられ、この支持体は、伝送手段30を出た光の光軸上にそれらを順に挿入し、また、５３２ｎｍの波長におけるパルスの反射および拡散に対応した光を伝送したときは、前記軸上にいずれのフィルタも位置させない。
【００３２】
シャッタまたは時間ゲートを形成する手段38は、たとえば、加速グリッド上における電圧変調により画像増幅器（ｉｍａｇｅ ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｅｒ）によって形成され、シャッタは歯10からの蛍光および可視光のパルスを送るためにのみ開いたままである。シャッタは、それが閉じられているときは、歯の表面の特性に関する情報を伝送しない全ての光が通過しないようにする。別の形態においては、機械的または液晶シャッタ、超音響光学デフレクタ、非常に短い電荷累積時間を有するカメラ等を使用することもできる。
【００３３】
イメージ捕捉手段32は、電荷結合装置（ＣＣＤ）タイプの光受信装置を有する黒および白マトリックスカメラにより形成されていることが好ましく、その出力は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）タイプのマイクロコンピュータ等のデータプロセッサ手段40の入力に接続されている。同期手段42は、データプロセッサ手段40と、発生器16と、フィルタ手段18および36と、シャッタ手段38と、およびビデオ捕捉手段32と関連している。これらの同期手段42は、レーザ発生器16による１０６４ｎｍの波長で生成された同期パルスを受取る。
【００３４】
装置は以下のように使用される：
手段22，24，26および30は、歯10の検査のために医師が保持して、領域12に向けることのできるプローブを形成する。５３２ｎｍおよび３５５ｎｍの波長でレーザ発生器により放射されたパルスは、スペクトルフィルタ手段18および光ファイバ22によって歯の領域12に交互に伝送される。３５５ｎｍのパルスは歯の表面の組織の成分によって吸収され、この成分は、典型的に数ナノ秒の非常に短い期間中に蛍光を放射することにより下方遷移（ｄｅ−ｅｘｃｉｔｅ）される。同様に、５３２ｎｍの波長における可視光パルスは歯の表面によって反射され、拡散される。歯からの光のパルスは光学手段24，26によりピックアップされて、手段30によりスペクトルフィルタ手段36に伝送され、このスペクトルフィルタ手段36はシャッタまたは時間ゲートを形成する手段38によってビデオ捕捉手段32に関連付けられている。手段32によって獲得されたビデオイメージは、データプロセッサ手段40に伝送され、適切な手段上に、とくに表示スクリーン上に表示される。
【００３５】
図２には、この方法の基本的なステップが概略的に示されており、この図において、44は発生器16による光パルスの放射を示し、46は、蛍光を励起するパルスが第１の期間48中に伝送されることを可能にし、第２の期間50の期間中における可視光のパルスにより後続される手段18によるこれらのパルスのスペクトルフィルタ処理を示し、48は、歯の検査領域12による蛍光のパルス52の放射およびそれに後続する領域の表面による反射および、または拡散された可視光のパルス54を示し、56は手段30により伝送された光パルスのスペクトルフィルタ処理を示し、このスペクトルフィルタ処理は歯の表面によって反射および、または拡散された可視光パルスが通過することを可能にすることにより高エネルギ帯域58および低エネルギ帯域60ならびに最後に62において連続的して行われる。
【００３６】
その後、64において、シャッタまたは時間ゲート手段38が開いているインターバル66の期間中における発光スペクトルの高および低エネルギ帯域での蛍光イメージならびに可視光イメージの捕捉が認められる。
【００３７】
これは70に示されているように、高エネルギ帯域の蛍光イメージの累積72と、低エネルギ帯域の蛍光イメージの累積74と、および可視光イメージの累積76とを示す。
【００３８】
その後、手段40より行われる処理により78に示されているように、高エネルギ帯域の蛍光イメージの記憶80と、および低エネルギ帯域の蛍光イメージの記憶82とが行われ、蛍光イメージに関する処理84および可視光イメージの記憶86もまた行われ、その後88に示されているように、蛍光から結果的に得られたイメージ90および可視光から結果的に得られたイメージ92が表示される。
【００３９】
さらに詳細に述べると、84において行われる蛍光イメージの処理は、上述した高および低エネルギ帯域において放射された蛍光のスペクトル強度を測定し、その比率を採取し、その比率を予め定められた値と比較することである。
【００４０】
図３は、象牙質（曲線Ａ）、エナメル（曲線Ｂ）、初期進行段階の虫歯（曲線Ｃ）、およびかなり進行した段階の虫歯（曲線Ｄ）による波長の関数として放射された蛍光の変化を表した曲線を示すグラフである。
【００４１】
曲線ＥおよびＦは、スペクトルフィルタ手段36の高エネルギおよび低エネルギフィルタのパスバンドを示している。
【００４２】
蛍光曲線は虫歯に対しては赤に向かってオフセットされ、放射された蛍光強度は、凝固した有機物質の存在のために、かなり進行した段階の虫歯より低いことが認められる。
【００４３】
パスバンドＥおよびＦの蛍光イメージに関して行われた処理は、これら２つの帯域における蛍光エネルギの強度を測定し、その比率を採取することである。図４には、横座標に沿って表された、歯に対して測定された空間的ディメンションの関数としてこの比率のバリエーションの３つの例が概略的に示されている。とくに、発光スペクトルの低エネルギ帯域における蛍光エネルギにより除算された高エネルギ帯域における蛍光エネルギの比率は、エナメルに対して約２乃至３の範囲の値の間で変化することができ、象牙質に対しては実質的に４に等しく、虫歯に冒された部分に関しては０．５乃至１の範囲内であることが認められる。
【００４４】
蛍光イメージのこれらの強度の比率により、歯の検査中に表面の形状、すなわち、波状湾曲（ｆｏｌｄ）または凹み（ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ）の存在を無視することが可能になり、照明の光軸に対する前記表面の傾斜および照明の不均一性を無視することも可能になる。
【００４５】
蛍光イメージおよび可視光イメージを表示スクリーン上に表示することにより、医師は虫歯に冒されている歯の領域の位置を正確に突きとめることが可能になる。虫歯に冒された領域がたとえば赤く見え、医師に明白に見えるように偽カラーで蛍光エネルギ比率の変化を示すこともできる。
【００４６】
当然、説明され、図示された手段に対して種々の修正を行うことができる。たとえば、Ｎｄ3+，Ｙｂ等でドープされた水晶またはガラスを有する高調波発生を使用する別のレーザ発生器、あるいは３３７ｎｍで動作する窒素レーザ、３０８ｎｍまたは３５１ｎｍで動作するエキシマレーザ、半導体レーザ、紫外線放電ランプ等を使用することができる。さらに、たとえば、１ｍｍの直径および約１ｍの長さを有するフレキシブルなイメージガイドと、本発明の好ましい実施形態では３０，０００本の個々の光ファイバとを備えているイメージ伝送手段30は、ミラーおよびレンズのシステムによって、あるいはトランスバース屈折率勾配を有するガラスのバーの使用に基づいたボアスコープによって置換されることができる。
【００４７】
スペクトルフィルタは超音波光学フィルタ、１組の二色性ミラー、液晶フィルタ等によって構成されてもよい。
【００４８】
本発明の好ましい実施形態においてＣＣＤセンサのマトリックスによって形成されたビデオ捕捉手段32は、フォトダイオード、ビジコン、ＣＭＯＳセンサのマトリックスによって置換されてもよく、それらはアナログまたはデジタル、単色またはカラーのビデオ出力を有してもよい。
【００４９】
当然、照明するための光を伝送する手段22は、発生器16によって生成されたレーザビームが均一の強度により効率的に注入されることを可能にするように一方の端部が構成され、他方の端部が歯の領域12を均一に照明するように構成された複数の光ファイバを含んでいてもよい。
【００５０】
照明およびピックアップのために、説明され、図示されているものとは異なった光学手段24，26を使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の装置の本質的な素子の概略図。
【図２】装置の動作のタイミング図。
【図３】歯の種々の部分の蛍光スペクトルと、および蛍光のスペクトル強度を測定するために使用された波長帯域とを示すグラフ。
【図４】歯の異なった部分に対して２つの波長帯域で測定された蛍光強度の比率の変化を示すグラフ。
Claims (13)
- 単色光で歯の領域(12)を照明して、その歯の照明された領域により放射された輝度をピックアップするステップを含む歯のイメージを獲得し、処理する方法において、
歯のミネラル部分による蛍光放射を励起するように選択された波長において単色光で前記歯の領域(12)を照明し、
一方が発光スペクトルの高エネルギ部分のものであり、他方が低エネルギ部分のものである２つの波長帯域で照明された歯の領域のイメージを採取するためにビデオ手段(23)を使用し、
これら２つの波長帯域で放射された蛍光のスペクトル強度を前記イメージの各地点において測定し、
上記に特定された２つの波長帯域における測定値の、各地点での比率を形成し、前記比率を予め定められた値と比較するステップを含んでいることを特徴とする方法。 - 照明波長は約３００ｎｍ乃至３７０ｎｍであることを特徴とする請求項１記載の方法。
- 上記に特定された帯域の波長はそれぞれ、励起波長と約４５０ｎｍ乃至６００ｎｍの範囲、および約５５０ｎｍ乃至６００ｎｍおよび約７５０ｎｍ乃至８００ｎｍの範囲のものであることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
- 一方は紫外線であり、他方は可視である２つの異なった波長のパルスで交互に歯の前記領域(12)を照明し、紫外線波長のパルスによって照明された領域の前記高および低エネルギ帯域での蛍光イメージと、可視波長のパルスによって照明された前記領域のイメージとを採取するためにビデオ手段(32)を使用し、これらのイメージをデータプロセッサおよび表示手段(40)に伝送するステップを含んでいることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の方法。
- 上記の特定された高および低エネルギ帯域での蛍光イメージと可視波長イメージとを累積した後にそれらを処理し、蛍光スペクトル強度比のイメージおよび可視光で照明された歯の前記領域(12)のイメージを表示するステップを含んでいることを特徴とする請求項４記載の方法。
- 同じレーザ発生器(16)を使用して蛍光励起パルス(14)を生成し、可視波長で照明を行うステップを含んでおり、前記パルスは持続期間が数マイクロ秒から１ナノ秒以下までの範囲のものであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の方法。
- 同じレーザ発生器(16)を使用して同期パルスを、たとえば赤外線で生成するステップを含んでいることを特徴とする請求項６記載の方法。
- 単色光の光源(16)と、歯の領域(12)を照明して歯からの光をピックアップする光学的手段(22,24,26)と、ピックアップされた光をスペクトルフィルタ手段(36)に伝送する手段(30)と、スペクトルフィルタ手段(36)を出た光を感知するフォトレシーバと、フォトレシーバによって伝送された信号を受取るデータプロセッサ手段(40)とを備えている請求項１乃至７のいずれか１項記載の方法を行うための装置において、
光源(16)は歯のミネラル部分による蛍光の放射を励起するように選択された波長で放射し、可視光で照明された歯の領域(12)のイメージと発光スペクトルの高エネルギおよび低エネルギ波長帯域のそれぞれにおける前記領域(12)の蛍光イメージとを交互に採取するシャッタまたは時間ゲート手段(38)に関連した、歯の照明された領域(12)のイメージを採取するビデオ手段(32)を備え、データプロセッサ手段(40)は、発光スペクトルの前記波長帯域において測定された強度間の、イメージの各地点における比率を採取するように構成されていることを特徴とする装置。 - スペクトルフィルタ手段(36)は交換可能なカラーフィルタまたは超音響光学フィルタあるいは液晶フィルタもしくは１組の二色性ミラーを備えていることを特徴とする請求項８記載の方法。
- 伝送手段(30)は、光ファイバイメージガイドまたはトランスバース屈折率勾配を有するガラスバーボアスコープを備えていることを特徴とする請求項８または９記載の方法。
- 照明手段は、スペクトルフィルタ手段(18)に関連しており、歯を紫外線および可視光で照明するために異なった波長でパルスを生成するように制御されたレーザ発生器(16)を備えていることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項記載の方法。
- レーザ発生器(16)はまた同期パルスを、たとえば、赤外線で生成するように制御されることを特徴とする請求項１１記載の方法。
- さらに、光源(16)と、イメージを採取するビデオ手段(32)と、スペクトルフィルタ手段(18,36)と、シャッタまたは時間ゲート手段(36)と、データプロセッサ手段(40)とに接続された同期手段(42)を備えていることを特徴とする請求項８乃至１２のいずれか１項記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
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