JP2016535654A - 歯周病検出システムおよび方法 - Google Patents

Abstract

口腔内撮像装置及び／または方法の実施形態は、ヘモグロビンの総濃度および酸素動態レベルの両方の選択された画像特性を有する歯の関心領域（ＲＯＩ）内の選択された関心区域（ＡＯＩ）を特定するために使用されるデジタル歯の反射率画像をもたらすことができる。１つの実施形態において、拡散反射率画像は、オキシヘモグロビン（ＨｂＯ２）およびデオキシヘモグロビン（Ｈｂ）の吸収係数についてアイソスベスティックな波長を含む波長帯域を少なくとも使用して相対総ヘモグロビンを判定することができる。１つの実施形態において、口腔内撮像装置及び／または方法の実施形態は、少なくとも３つの波長での歯の領域の反射率画像、反射率画像を処理して、相対ｔＨｂおよびその相対酸素動態レベルを求めて及び／または歯周組織状態を有する疾患区域を特定する制御論理プロセッサ、および、歯周組織、または、反射率画像によって判定され、選択された撮像特性を有する区域の視覚表示を表示するディスプレイを使用することができる。

Description

本発明は、歯科用撮像のための方法及び装置に関し、更に詳しくは、患者の歯から取得される静止画像及び／またはビデオ画像において状態を特定および強調表示する装置及び方法に関する。

歯周病は、歯を取り囲む組織の疾患および無歯症の原因である。可逆性歯肉炎（歯肉炎）で始まり、組織付着および骨組織（歯周病）の喪失を伴う炎症に向かって進行する。この疾患の予防および管理のための検出の技術が望ましい。従来の診断方法は、主観的かつ侵襲性と一部の者により見られており、かつ、かなりの患者側の不快感を引き起こすことがある。

T. HANIOKA ET AL: Hemoglobin concentration and oxygen saturation of clinically healthy and inflamed gingiva in human subjects., JOURNAL OF PERIODONTAL RESEARCH, vol. 25, no. 2, 1 March 1990(1990-03-01) pages 93-98. ZAKIAN CHRISTIAN; PRETTY IAIN; ELLWOOD ROGER; HAMLIN DAVID: In vivo quantification of gingival inflammation using spectral imaging., SPIE, PO BOX 10 BELLINGHAM WA 98227-0010 USA, vol. 13, no. 5, 14 October 2008(2008-10-14), pages 054045-1-054045-9.

本出願の態様は、医用デジタル画像処理という技術分野を前進させることである。

本出願の別の態様は、関連した技術分野における少なくとも上記及び他の欠陥に全体的に又は部分的に対応することである。

本出願の別の態様は、少なくとも本明細書で説明する利点を全体的に又は部分的に提供することである。

本発明の目的は、口腔内評価の歯科用撮像という当技術分野を前進させることである。

本出願の装置及び方法の実施形態により提供される利点は、ビデオモード及び／または静止画像モードを有する口腔内カメラを、歯周病を検出または評価するために使用することを可能にする軟組織の改良形撮像に関する。本出願の装置及び方法の実施形態により提供される別の利点は、口腔内カメラが多波長撮像および計算により達成される正確かつ再現性がある歯周病測定結果をもたらすことを可能にする軟組織の改良形撮像に関する。本発明の装置及び方法の実施形態により提供される別の利点は、少なくとも３つの波長を使用する拡散反射率強度を介したｈＨｂの濃度およびその酸素動態の計算に関する。本出願の装置及び方法の実施形態により提供される別の利点は、従来の方法に優る低コスト化にて歯周分析のための歯軟組織の改良形撮像に関する。

これらの目的は、例示的な例としてのみ示され、そのような目的は、本発明の１つ又はそれ以上の実施形態を例示し得る。本質的に本出願の装置及び方法の実施形態により達成される他の望ましい目的および利点は、当業者に思いつくかまたは明らかであろう。本発明は、添付の特許請求の範囲により定義される。

本開示の１つの態様によれば、光源を使用して歯の関心領域（ＲＯＩ）を照射するステップと、波長狭帯域においてＲＯＩから反射された光を受光することにより反射率画像を捕捉するステップと、捕捉された反射率画像を処理して、オキシヘモグロビン（ＨｂＯ_２）およびデオキシヘモグロビン（Ｈｂ）の吸収係数に関してアイソスベスティック（isosbestic）な波長を含む波長帯域を少なくとも使用して相対ｔＨｂおよびその酸素動態レベルを求めるステップと、ヘモグロビンの総濃度および酸素動態レベルの両方の選択された画素画像特性を有する歯のＲＯＩ内の選択された関心区域（ＡＯＩ）を特定するステップと、歯のＲＯＩ内の特定されたＡＯＩを表示、記憶、または伝送するステップとを含むことができるデジタル歯画像を捕捉する方法を提供する。

本開示の１つの態様によれば、光源を含む照射モジュールと、波長狭帯域において組織から反射された光を受光して反射率画像を捕捉する画像センサアレイであって、反射率画像は、少なくとも３つの波長にて捕捉される、画像センサアレイと、反射率画像を処理して、歯周組織状態を有する疾患区域を特定する相対ｔＨｂおよびその相対酸素動態レベルを求める制御論理プロセッサと、歯周組織を表示するか、または、歯周組織状態を有する特定された疾患区域のカラーマップを示すディスプレイとを含む口腔内カメラを含むことができる口腔内撮像装置を提供する。

本開示の１つの態様によれば、光源を含む照射モジュールと、波長狭帯域において組織から反射された光を受光して反射率画像を捕捉する画像センサアレイであって、反射率画像は、少なくとも３つの波長にて捕捉される、画像センサアレイと、反射率画像を処理し、少なくとも３つの波長にて捕捉された反射率画像の強度を使用して１組の方程式を解いて、歯周組織状態を有する疾患区域を特定する相対ｔＨｂおよびその相対酸素動態レベルを求める制御論理プロセッサと、歯周組織を表示するか、または、歯周組織状態を有する特定された疾患区域のカラーマップを示すディスプレイとを含む口腔内カメラを含むことができる口腔内撮像装置を提供する。

本発明の上記及び他の目的、特徴、および利点は、 添付図面に例示するように、本発明の実施形態の以下のより特定の説明から明らかになろう。

図面の要素は、互いに対して必ずしも縮尺通りであるというわけではない。ある程度の誇張が、基本的な構造的関係または動作原理を強調するために必要である場合がある。例えば、電力の供給に、パッケージングに、かつ、システム光学品を取り付けかつ保護するのに使用される支持構成部品など、説明する実施形態の実行に必要とされると思われる一部の従来の構成部品は、説明を簡素化するために図面に示されていない。

組織酸素飽和度レベルが正常組織に対して歯肉炎および歯周病を伴う部位にて減少することを示す図である。 総ヘモグロビン指数が正常組織に対して歯肉炎および歯周病を伴う部位にて増加することを示す図である。 組織酸素動態が健全な組織に対して歯肉炎および歯周病を伴う部位にて減少し、総ヘモグロビン指数が健全な組織に対して歯肉炎および歯周病を伴う部位にて増加することを示す図である。 軟組織の可視および近赤外領域スペクトル領域にわたるオキシヘモグロビン（ＨｂＯ_２）およびデオキシヘモグロビン（Ｈｂ）のモル吸光係数を示す図である。 健全な組織、歯肉炎組織および歯周病組織の可視スペクトル領域上にわたる拡散反射（ＤＲ）強度を示す図である。 本出願による例示的なハンドヘルドマルチスペクトル口腔内カメラの実施形態にパッケージすることができる例示的なマルチスペクトル撮像装置実施形態を例示する図である。 本出願による例示的なハンドヘルドマルチスペクトル口腔内カメラの実施形態にパッケージすることができる例示的なマルチスペクトル撮像装置実施形態を例示する図である。 選択された波長にて検出された軟組織を表すデータの例示的な結果を例示する図である。 選択された波長にて検出された軟組織を表すデータの例示的な結果を例示する図である。 選択された波長にて検出された軟組織を表すデータの例示的な結果を例示する図である。 第２の色または第３の色（例えば、テクスチャ、表示）は、歯周病の炎症を起こした歯肉組織または状態を表す生成された結果を例示する図である。 選択された波長にて検出される軟組織を表すデータの例示的な結果を例示する図である。 選択された波長にて検出される軟組織を表すデータの例示的な結果を例示する図である。 選択された波長にて検出される軟組織を表すデータの例示的な結果を例示する図である。 第１の色（例えば、テクスチャ、表示）が健全な歯茎組織を表す生成された結果、一方、第２の色または第３の色（例えば、テクスチャ、表示）は、歯周病の炎症を起こした歯茎組織または状態を表す生成された結果を例示する図である。 歯周病を検出する補助器具としての、本出願の実施形態によるマルチスペクトル口腔内カメラの例示的な作業の流れを示す。 （例えば、本出願の実施形態による口全体（またはその一部）を示す図であるデジタルペリオチャートにおいて記載または強調表示することができる）自動的に検出された病変部位を例示する図である。

以下は、例示的な実施形態の詳細な説明であり、同じ参照番号がいくつかの図の各々において構造体の同じ要素を特定する図面を参照する。

本開示のコンテキストにおいて使用される場合、「第１の」、「第２の」などの用語は、序数的、逐次的、または、優先順位の関係を必ずしも示すというわけではなく、特に指定がない限り、単に、１つのステップ、要素、または１組の要素を別のものとより明確に区別するために使用される。

本明細書で使用するとき、「通電可能」という用語は、受電すると、および、任意選択的に、許可信号を受信すると表示された機能を実行する装置または１組の構成部品に関する。「作動可能」という用語は、従来の意味を有し、例えば、電気信号に応答してなど、刺激に応答して処置を達成することができる装置または構成部品に関する。

２つの番号間の比率が、以下の説明において使用される。比率およびその逆数は、等しい情報を提供すると理解される。本明細書における比率の任意の使用を逆数とともに二者択一的に構築することができる。

本出願は、歯周病を検出するために例示的な非侵襲性光学撮像系システム及び／または方法の実施形態を説明する。出願人らは、健全な歯周組織および病変歯周組織における酸素動態レベルと組み合わせてヘモグロビン（オキシおよびデオキシ）濃度の違いを判定およびモニターする際の利点に注目した。出願人らは、ヘモグロビンの全濃度および酸素動態レベルのパラメータを知ることにより歯周組織状態をより正確に定義することができることを認識した。

組織内のオキシヘモグロビン（ＨｂＯ_２）およびデオキシヘモグロビン（Ｈｂ）の濃度は、組織の炎症状態と相関している。一部の研究の結果、ＨｂＯ_２およびＨｂの総濃度は歯肉炎および歯周病を伴う部位にて増加し、酸素動態レベルは炎症状態とともに減少することがわかった。

１つの研究の結果、総ヘモグロビン（ｔＨｂ）の濃度は病変歯周組織状態とともに増加し、酸素動態レベルは病変歯周組織状態とともに減少することがわかった。図１Ａは、組織酸素飽和レベルが正常組織に対して歯肉炎および歯周病を伴う部位にて減少することを示す図である。図１Ｂは、総ヘモグロビン指数は正常組織に対して歯肉炎および歯周病を伴う部位にて増加することを示す図である。

別の研究の結果、ｔＨｂの濃度は、健全な状態から歯肉炎への変化による影響は大きく、歯肉炎から歯周病らへの進行による影響は小さいことを除き、同じ傾向がわかった。図２は、組織酸素動態は健全な組織に対して歯肉炎および歯周病を伴う部位にて減少し、総ヘモグロビン指数は健全な組織に対して歯肉炎および歯周病を伴う部位にて増加することを示す図である。酸素動態レベルの変化は、両方の疾患段階による影響がほとんど同じである。

オキシヘモグロビンおよびデオキシヘモグロビンは可視および近赤外領域において軟組織の主な吸収複合物であることから、組織内の光減衰の特性は、主としてこのスペクトル領域にわたるヘモグロビンの吸光係数により判定される。図３は、軟組織の可視および近赤外領域スペクトル領域にわたるオキシヘモグロビン（ＨｂＯ_２）およびデオキシヘモグロビンの（Ｈｂ）モル吸光係数を示す図である。組織の拡散反射スペクトルを使用して、ｔＨｂおよびその酸素動態レベルの相対濃度を計算することができる。

一部の研究の結果、歯周組織の拡散反射分光法を使用してヘモグロビンおよびその酸素動態レベルの相対濃度を計算することができることがわかった。１つの研究の結果、歯周組織の分光情報が様々な照射波長にて捕捉された歯肉の拡散反射率画像を介して良好に伸張するまで取得可能であることが認識された。図４は、健全な組織、歯肉炎組織および歯周病組織の可視スペクトル領域上にわたる拡散反射（ＤＲ）強度を示す図である。しかしながら、そのような研究において使用されるマルチスペクトル撮像構成は大きく、かつ、前歯において頬面上の歯肉組織を評価するために使用されていたものであるが、舌面または臼歯上で使用することはできない。この点を踏まえて、出願人らは、該構成の有用性は科学的研究に限定され、一般的な臨床用途には適切ではないことに注目している。

歯周組織の生体内画像を取得するために、出願人らは、マルチスペクトル撮像技術を採用して組織における光減衰を測定する。マルチスペクトル撮像法は、分光技術に関係する。マルチスペクトル撮像法に基づいて、例示的な撮像に基づくシステム及び／または方法の実施形態を開発して、ＨｂＯ_２およびＨｂの相対濃度およびその酸素動態レベルを定量化することができ、その結果、歯周組織状態が判定される。

１つの波長での組織の拡散反射率強度Ｒは、組織内のＨｂＯ_２およびＨｂの濃度、および、その波長での有効減衰係数Ａ１およびＡ２により決まる。
ｌｎ（Ｒ）＝−（Ａ１^＊［ＨｂＯ_２］＋Ａ２^＊［Ｈｂ］）＋ｌｎ（ｋ）（１）
式中、ｌｎ（ｋ）は、較正により除去することができる定数項である。

総ヘモグロビン濃度ｔＨｂおよび酸素飽和Ｓ_ｔＯ_２は、以下のように定義される。
ｔＨｂ＝［ＨｂＯ_２］＋［Ｈｂ］（２）
Ｓ_ｔＯ_２＝［ＨｂＯ_２］／ｔＨｂ（３）

理論的には、任意の２つの波長での拡散反射率強度を使用してＨｂＯ_２およびＨｂの濃度を計算することができ、ヘモグロビンおよびその酸素動態レベルの総濃度を計算することができるようになっている。歯周組織状態は、その後、これらの量に基づいて評価することができる。

ＨｂＯ_２およびＨｂの吸光係数はスペクトル範囲にわたって変化する（図３を参照されたい）ことから、光減衰測定における波長選択が望ましい。

任意の２つ波長での反射率強度が使用されることがあり得るが、特定の波長選択により、より正確かつ確実な測定を得ることができる。

図３および図４を参照して、出願人は、以下の３つの波長が有効な候補者であることを認識した。
・ ５７５ｎｍ：オキシヘモグロビンおよびデオキシヘモグロビンは、５７５ｎｍにて強力な吸収作用を有する。この波長にて、反射率強度は、可視ＮＩＲ領域の他の波長よりも組織内の総ヘモグロビン濃度の変化により影響を受ける。
・ ６１０ｎｍ〜６３０ｎｍ：Ｈｂの吸収係数は、この波長領域内のＨｂＯ_２の吸収係数の７〜８倍であり、その結果、反射率強度は、主としてヘモグロビン濃度の変化を反映する。また、スペクトル反射曲線のピークが、この領域において発生する。
・ ８００ｎｍ：吸収係数、したがってＨｂＯ_２およびＨｂの有効減衰係数は、この波長にてほぼ等しい（つまり、アイソスベスティック）。例えば、８００ｎｍを含む波長狭帯域の反射率強度は、ヘモグロビンの相対総濃度の有効な目安とすることができる。１つの実施形態において、８００ｎｍと６１０ｎｍ〜６３０ｎｍとの間の反射率強度の変化の比較は、（例えば、歯肉または口内の）軟組織内の酸素動態レベルの変化を示すことができる。

様々な健康状態における歯周組織内のヘモグロビンの吸収作用特性に従って、スペクトル反射率強度は予測可能に変わる。様々な波長にて組織の拡散反射率をモニターすることにより情報を導出して歯周部の健全性を判定する手助けをすることができる。

本出願は、マルチスペクトル画像から取得された反射率強度値を利用することにより歯肉健全性を評価する方法及び装置の実施形態を説明する。

好適な例示的な実施形態において、出願人らは、組織内の総ヘモグロビンの相対濃度を判定するために５７５ｎｍおよび６２０ｎｍでの反射率強度比率、Ｉ５７５／Ｉ６２０、または、５７５ｎｍおよび８００ｎｍ、つまりＩ５７５／Ｉ８００での反射率強度比率を採用し、かつ、組織の酸素動態レベルを判定するために、６２０ｎｍおよび８００ｎｍ、つまりＩ６２０／Ｉ８００）での反射率強度比率を採用することができる。この情報は、歯周病の発見を補助する適切な情報となることができる。

６１５ｎｍおよび４６０ｎｍ、６２０ｎｍおよび５７５ｎｍ、および、６２９ｎｍおよび５４５ｎｍでの反射率強度比率を使用して歯周炎を検出しようとした者もいる。検出基準は、ＨｂおよびＨｂＯ_２濃度をモニターして単一の反射率強度比率から引き出された。Ｇｅら（Ｚ．Ｇｅ、Ｋ．Ｚ．Ｌｉｕ、Ｘ．Ｘｉａｎｇ、ｅｃｔ．「Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｆ Ｌｏｃａｌ Ｈｅｍｏｄｙｎａｍｉｃｓ ｉｎ Ｐｅｒｉｏｄｏｎｔａｌ Ｉｎｆｌａｍｍａｔｉｏｎ Ｕｓｉｎｇ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ」）により記述されているように、総ヘモグロビン指数の違いは、健全な歯肉と炎症を起こした歯肉との間では中庸、歯肉炎と歯周病との間では存在しない場合がある。したがって、ＨｂおよびＨｂＯ_２濃度をモニターするにすぎない方法の感応性および正確さを限定することができる。

本出願の例示的な実施形態は、Ｉ５７５／Ｉ６２０、および、Ｉ６２０／Ｉ８００（またはＩ５７５／Ｉ８００およびＩ６２０／Ｉ８００）など、少なくとも２つの反射率強度比率を採用して、それぞれ、組織の総ヘモグロビン濃度および酸素動態飽和レベルに関する情報を取得する。本出願は、総ヘモグロビン濃度および酸素動態飽和レベルの変化を同時に検出することにより歯周病状態を評価する際の感度および精度を促進する。

１つの例示的な実施形態において、スペクトル反射値の比率を取る代わりに、出願人らは、マルチスペクトル画像から取得されるように、ＨｂおよびＨｂＯ_２の濃度を直接に判定するために異なる波長での反射率強度を方程式（１）とともに使用することができることを認識した。

代替実施形態として、ｎ波長にて捕捉された１組の画像のｉ番目の画像から測定された１組の反射率強度Ｒｉにより以下の１組の線形方程式が生成される。
ｌｎ（Ｒ１）＝Ａ１１^＊［ＨｂＯ_２］＋Ａ２１^＊［Ｈｂ］ （４）
ｌｎ（Ｒ２）＝Ａ１２^＊［ＨｂＯ_２］＋Ａ２２^＊［Ｈｂ］ （５）
ｌｎ（Ｒｎ）＝Ａ１ｎ^＊［ＨｂＯ_２］＋Ａ２ｎ^＊［Ｈｂ］ （６）

有効減衰係数Ａ１ｉおよびＡ２ｉの値が、可視波長について一般的に知られている。［ＨｂＯ_２］および［Ｈｂ］は、２つの異なる波長にて捕捉された２つの（例えば、ｎ＝２）拡散反射率画像から判定することができる。この実施形態は、非常に高いパフォーマンスおよび信号対雑音比を有する撮像デバイスを必要とする場合がある。

あるいは、２つ超（ｎ ＞ ２）の波長にて捕捉された画像では、１組の方程式（４）は、過度に判定されたシステムになり、撮像デバイスのパフォーマンスに高い要件を課すことなく、曲線の当てはめから［ＨｂＯ_２］および［Ｈｂ］の最適化された解を求めることができる。

［ＨｂＯ_２］および［Ｈｂ］を求めると、ヘモグロビン濃度および酸素動態レベルを方程式（２）および（３）から計算することができる。

一部の既知のマルチスペクトル撮像構成は、大規模である。前歯の頬面上の歯肉組織を評価するために使用されたものであり、舌面または臼歯上であれば使用することができない。この点を踏まえて、出願人らは、該構成の有用性は科学的研究に限定され、一般的な臨床用途には適切ではないことに注目している。

本出願では、小規模、かつ、口腔内側の全ての表面および全ての歯および全ての歯の歯肉組織に容易に使用可能とすることができる歯周評価のための例示的な口腔内マルチスペクトル撮像装置の実施形態を説明する。

図５および図６は、それぞれ、本出願による例示的なハンドヘルドマルチスペクトル口腔内カメラ実施形態にパッケージすることができる例示的なマルチスペクトル撮像装置の実施形態を例示する図である。図５に示すように、本出願の例示的なマルチスペクトル撮像装置２０を例示する。図６に示すように、装置２０は、ハンドヘルドマルチスペクトル口腔内カメラ２１にパッケージすることができる。

照射モジュール１０は、照射光を供給する１つ又は複数の光源１１を含むことができる。４つの光源１１（１１ａ、１１ｂ、１１ｃおよび１１ｄとして例示）が一例として示されているが、任意の数の異なる波長、および、各波長について単一を上回る光源があることがある。

カラーまたは白黒であり得、かつ、電荷結合素子、相補型金属酸化膜半導体撮像アレイなどであり得る画像センサアレイ１２は、歯肉組織１４から反射されて撮像光学素子（図示せず）により撮像された光源１１からの光に対応する各画素について１組の出力値を供給することができる。画像センサアレイ１２は、画像表示に向けて装置の外部のディスプレイ１７（図示せず）に接続することができる。光源１１および画像センサアレイ１２両方は、制御論理プロセッサ１３に接続される。光源１１による照射および画像センサアレイ１２による画像捕捉のタイミングは、制御論理プロセッサ１３により制御される。制御論理プロセッサ１３は、埋込み型マイクロプロセッサチップとすることができるか、または、マルチスペクトル撮像装置２０が接続するコンピュータの中央演算処理装置などとすることができる。

任意選択的に、偏光子１６ａが、光源１１の出力部に配置され得、偏光子１６ａに対して９０^０配向された別の偏光子１６ｂが歯肉組織１４と画像センサアレイ１２との間に設置される。偏光子１６ａは、歯肉組織１４を照射する直線偏光を供給する。偏光子１６ｂの介在であれば、画像センサアレイ１２に照射光に対して直交偏光される光のみを与えることになる。この配置は、画像信号における鏡面反射を最小限に抑えるかまたは低減することができる。

１つの例示的な実施形態において、光源１１は、波長帯域λ１、λ２、λ３、およびλ４を有する狭帯域光源（１１ａ、１１ｂ、１１ｃおよび１１ｄ）であり、それぞれ、スペクトル区別照射をもたらす。狭帯域光源１１ａ、１１ｂ、１１ｃおよび１１ｄは、異なるカラーＬＥＤ、レーザなど、または、異なる中心波長での狭帯域通過フィルタ１８を有する多色光（または、より単純に白色光と呼びれる）源とすることができる。たとえＬＥＤが使用されるとしても、ＬＥＤのスペクトルよりも狭い通過帯域を有する帯域フィルタ１８を使用してより大きなスペクトル区別をもたらすことができる。

更なる例示的な実施形態において、光源１１は、白色光照射をもたらす多色光源である。白色光照射については、帯域選択可能なスペクトルフィルタ１５を、狭いスペクトル帯域において反射光を画像センサアレイ１２に供給するために歯肉組織１４と画像センサアレイ１２との間に位置決めすることができる。帯域選択可能なスペクトルフィルタ１５は、所定の通過帯域を有するフィルタホイール、または、液晶または音響光学変調器などで構成されたフィルタなど電気的に波長可変のフィルタとすることができ、かつ、制御論理プロセッサ１３により制御することができる。

歯肉組織１４から反射された光は、狭帯域光源から生じて、または、帯域選択可能なスペクトルフィルタ１５によりフィルタリングの結果としてスペクトル狭帯域において画像センサアレイ１２により撮像される。異なる波長帯域拡散反射率画像を取得するために、狭帯域光源１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、および１１ｄ、または、帯域選択可能なスペクトルフィルタ１５は、色群類、つまり、間断なく一度に１つの色群に従って制御論理プロセッサ１３により通電することができ、反射光の対応する測定値が、画像センサアレイ１２により取得される。

説明する少なくとも１つの実施形態によれば、画像センサアレイ１２により撮像された１つのスペクトル通過帯域は、５７５ｎｍを中心とし、他は、６２０ｎｍまたは８００ｎｍを中心とする。５７５ｎｍおよび６２０ｎｍでのスペクトル帯域、または、５７５ｎｍおよび８００ｎｍでのスペクトル帯域の拡散反射率画像強度比率により、歯肉組織内の総ヘモグロビンの相対濃度を判定するために必要とされる情報が得られる。

少なくとも１つの例示的な実施形態において、５７５ｎｍ、６２０ｎｍおよび８００ｎｍに中心がある３つのスペクトル通過帯域の全ては、画像センサアレイ１２により撮像され、６２０ｎｍおよび８００ｎｍでのスペクトル帯域の拡散反射率画像強度比率とともに、５７５ｎｍおよび６２０ｎｍでのスペクトル帯域、または、５７５ｎｍおよび８００ｎｍでのスペクトル帯域の拡散反射率画像強度比率により、組織内の総ヘモグロビンの相対濃度ならびに酸素飽和レベルを判定するために必要とされる情報が得られる。

本出願を通して、中心波長が指定されるとき、実際の中心波長は、必ずしも指定通りである必要はないが、指定の波長の近隣にあるには十分であると理解される。

別の例示的な実施形態において、異なる波長に中心がある少なくとも３つのスペクトル通過帯域は、画像センサアレイ１２により撮像される。少なくとも３つの反射率強度により、［ＨｂＯ_２］および［Ｈｂ］を求めるために標準的な線形代数法を用いて連立方程式（４）〜（６）を解くために必要とされる情報が得られ、それによって、総ヘモグロビン濃度および酸素動態レベルを方程式（２）および（３）から計算することができる。

１つの例示的な実施形態において、反射率強度比率の計算または連立方程式（４）〜（６）を解くのは、制御論理プロセッサ１３により実行することができる。

１つの例示的な実施形態において、マルチスペクトル口腔内カメラ２１は、少なくとも２つの動作モード、すなわち、ビデオ及び静止画像捕捉モードを含むことができる。

映像モードにおいて、照射モジュール１０は、照射をもたらすことができ、一方、プレビューライブ画像が表示１７上に示される。このプレビューライブ画像により、ユーザは、部位／関心領域を見つけて、マルチスペクトル口腔内カメラ２１を位置決めすることができる。色プレビュー画像をもたらすために、白色ＬＥＤなど多色光源１１および色画像センサアレイ１２が使用される。白黒の画像センサアレイ１２が使用される場合、赤色、緑色、及び青色の光で構成された狭帯域光源１１を急速な色順序でオンにすることができ、３つのそれぞれの白黒の画像が、実際の色プレビューを生成するために結合される。

静止画像捕捉モードにおいて、異なる波長帯域拡散反射率画像が、（例えば、先述した方法で順次）取得され、制御論理プロセッサは、画像センサアレイ１２による画像捕捉と同期して、狭帯域光源１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、および１１ｄ、または、帯域選択可能なスペクトルフィルタ１５を制御する。

拡散反射率画像が選択的な波長にて捕捉されると、画像は、歯周健全状態の判定および表示（例えば、マッピング）のために処理される。

１つの例示的な実施形態において、カラーマップを使用して処理後に生画像上の疾患区域を例示／強調表示することができる。

処理は、単独、組合せを問わず、外部コンピュータなどにより、制御論理プロセッサ１３により行うことができる。１つの処理アルゴリズムにおいて、捕捉された拡散反射率画像を使用して、反射率強度比率または連立方程式（４）〜（６）の解を計算して画像の各画素についてヘモグロビンｔＨｂの相対総濃度およびその酸素動態レベルＳ_ｔＯ_２を求める。結果は、ｔＨｂ、Ｓ_ｔＯ_２、または２つの組み合わせの計算された相対値に従って画像画素の全てに疑似カラーを割り当てることによりカラーマップ画像として表示することができる。臨床確認を介して予め定められたように、ｔＨｂ、Ｓ_ｔＯ_２、または、何らかの方法で結合されたその２つの特定の範囲の値に対応する特定の色を有する画素は、その領域が歯周病状態（例えば、歯肉炎組織または歯周病組織）を有する高い可能性を有することを示す。

そのような結果の実施例を図７Ａ〜図７Ｄに示す。図７Ａ、図７Ｂ、および図７Ｃは、それぞれ、５７５ｎｍ、６２０ｎｍ、および８００ｎｍにて捕捉される拡散反射率画像である。図７Ｄは、第１の色（例えば、青色または暗色）は、健全な歯肉組織を表し、一方、第２の色（例えば、マゼンタまたは淡色）は、炎症を起こした歯肉組織を表す生成されたカラーマップである。図７Ｄに示すように、表示されたカラーマップは、炎症がない一方の小乳頭状突起部位（Ｐ１）および小さい炎症を有する他方の部位（Ｐ２）を示す。表示された歯周病状態は、患者の口またはその領域のセグメント化された、即ち、軟組織／歯肉領域にセグメント化、または、歯、背景、および軟組織領域にセグメント化された画像上に表示することができることが好ましい。１つの例示的な実施形態において、第１のテクスチャフィルは、軽度の炎症の領域に対応することができ、第２のテクスチャフィル（例えば、セグメント化した軟組織領域内）は、中度またはより重度の組織炎症の領域を示すことができる。

そのような結果の実施例を図８Ａ〜図８Ｄに示す。図８Ａ、図８Ｂ、および図８Ｃは、それぞれ、５７５ｎｍ、６２０ｎｍ、および８００ｎｍにて捕捉される拡散反射率画像である。図８Ｄに示すように、一方の部位（Ｐ３）は、軽度の炎症を示し、他方の部位（Ｐ４）は、重度の炎症を示す。

図９は、歯周病を検出する補助器具としての、本出願の実施形態による例示的なマルチスペクトル口腔内カメラ２１の例示的な作業の流れを示す。図９を参照して、アプリケーションの実施形態によるマルチスペクトル口腔内カメラを操作する例示的な方法を示すフローチャートをここで説明する。図９に示すように、歯周病を検出する補助器具として例示的なマルチスペクトル口腔内カメラを操作する方法を、図５〜図６に示すマルチスペクトル口腔内装置／カメラの実施形態を使用して説明し、かつ、該実施形態によって実行することができるが、しかしながら、図９の方法は、それによって制限されるように意図されてはいない。

図９に示すように、選択的な波長での歯肉組織の拡散反射率画像を捕捉する（ステップ３０）。処理は、単独、組合せを問わず、外部コンピュータなどにより、制御論理プロセッサ１３により行うことができる。１つの例示的な実施形態において、捕捉された拡散反射率画像を制御論理プロセッサ１３または外部コンピュータにより画像処理して、反射率強度比率を計算するか、または、連立方程式（４）〜（６）を解いて、それぞれの画像における画素の少なくともサブセットについてヘモグロビンｔＨｂの相対総濃度およびその酸素動態レベルのＳｔＯ２を求めることができる。例示的な結果は、臨床確認を介して予め定められるように、ｔＨｂ、ＳｔＯ２、または、何らかの方法で結合されたその２つの特定の値の範囲に対応して示し（例えば、強調表示、一覧表示して）、そのような強調表示された領域が歯周病状態（例えば、歯肉炎組織または歯周病組織）を有する高い可能性を有し得ることを示すことができる。１つの実施形態において、その後、捕捉された画像を、図７Ｄで先述したようにカラーマップを生成するように処理する（ステップ３２）。１つの実施形態において、その後、捕捉された画像を、以下、図１０で説明するように、口の少なくとも一部のデジタルペリオチャートを生成するように処理する（ステップ３２）。個々の関心部位を示す、各々の捕捉された領域から生成された軟組織の結合された画像または生画像（例えば、カラーマップ）を表示することができる（ステップ３４）。あるいは、カラーマップを制御論理プロセッサ１３により処理して病変部位を自動的に検出することができる（ステップ３６）。検出された病変部位を、ディスプレイのカラーマップ上で強調表示することができる（ステップ３８）。

１つの例示的な実施形態において、ステップ３６および３８は、全ての歯の歯肉組織のカラーマップについて実行され、図１０に示すものなど、自動的に検出された病変部位を口全体のデジタル歯周チャートに記載または強調表示することができる。

１つの実施形態において、ヘモグロビンおよびその酸素動態特性により歯の関心領域（ＲＯＩ）（例えば、歯または顎部の一部）内で判定される各々の疑わしい関心区域（ＡＯＩ）（例えば、病変区域）は、関心領域は病変部位であると判定されるか、または、歯のＲＯＩの可視表現内で表示される前に、歯科専門家による更なるオペレータアクション（例えば、目視検査、検査および／または触覚による厳密な調査）により受理または却下されるように構成することができる。あるいは、歯のＲＯＩ内のＡＯＩの可視表現を表示、記憶、および／または伝送することができる。

本出願の装置を使用する典型的な歯周検査セッションにおいて、全ての歯の歯肉組織について反射率画像が捕捉されて、カラーマップが生成される。この場合、制御論理プロセッサ１４は、反射率画像の全てを処理して共に適合させて歯列全体のスティッチングされた画像を形成することができる。スティッチングされた画像を、疾患状態を有すると自動的に検出された全ての歯周部位上の強調表示を付して表示することができるか、または、単に歯列全体のスティッチングされたカラーマップとして表示することができる。

本明細書で開示する特定の例示的な実施形態では、検出された病変部位をディスプレイのカラーマップ上で強調表示することができる（例えば、ステップ３８）が、本出願の実施形態は、そのように制限されるように意図されておらず、当業者に既知の任意の方法を用いて、本明細書で説明する関心領域または可能性がある疾患（例えば、テクスチャ、語、マッピング、映像など）を強調表示することができるからである。

出願人らは、歯周組織状態をヘモグロビンの相対総濃度およびその相対酸素動態レベルにより検出することができるシステムおよび方法実施形態を説明してきた。

出願人らは、ｔＨｂの相対濃度およびその相対酸素動態レベルを使用して歯周病を検出することができるシステムおよび方法実施形態を説明してきた。

出願人らは、ｔＨｂの相対濃度を５７５ｎｍおよび６２０ｎｍでの拡散反射率強度の比率、または、５７５ｎｍおよび８００ｎｍでの拡散反射率強度の比率を介して計算することができるシステムおよび方法の実施形態を説明してきた。

出願人らは、相対酸素動態レベルを６２０ｎｍおよび８００ｎｍでの拡散反射率強度の比率を介して計算することができるシステムおよび方法の実施形態を説明してきた。

出願人らは、ｔＨｂの相対濃度およびその相対酸素動態レベルを５７５ｎｍおよび６２０ｎｍでの拡散反射率強度の比率および６２０ｎｍおよび８００ｎｍでの拡散反射率強度の比率を介して計算することができるシステムおよび方法の実施形態を説明してきた。

出願人らは、ｔＨｂの相対濃度およびその相対酸素動態レベルを５７５ｎｍおよび８００ｎｍでの拡散反射率強度の比率および６２０ｎｍおよび８００ｎｍでの拡散反射率強度の比率を介して計算することができるシステムおよび方法の実施形態を説明してきた。

出願人らは、ｔＨｂの濃度およびその酸素動態を少なくとも３つの波長での拡散反射率強度を介して計算することができるシステムおよび方法の実施形態を説明してきた。出願人らは、正確及び確実な測定を波長選択により達成することができるシステムおよび方法を説明してきた。

出願人は、正確及び確実な測定を多波長撮像および計算により達成することができるシステムおよび方法の実施形態を説明してきた。

出願人らは、歯周病を検出する、マルチスペクトル撮像機能を有する口腔内カメラを開発することができるシステムおよび方法の実施形態を説明した。

出願人らは、映像モードおよびイメージモードを有する口腔内カメラを使用して原位置で歯周病を評価することができるシステムおよび方法の実施形態を説明してきた。

本出願の例示的な実施形態に従って、コンピュータプログラムは、電子メモリからアクセスされる画像データ上で実行する記憶された命令を利用する。当業者により認識することができるように、本発明の実施形態において撮像システムを操作するコンピュータプログラムは、パーソナルコンピュータまたはワークステーションなど、適切な汎用コンピュータシステムにより利用することができる。しかしながら、多くの他の形式のコンピュータシステムを使用して、例えば、ネットワーク化されたプロセッサの構成を含め、本発明のコンピュータプログラムを実行することができる。本発明の方法を実行するコンピュータプログラムは、コンピュータ可読記憶媒体内に記憶され得る。この媒体は、例えば、ハードドライブまたは除去可能なデバイスつまり磁気テープなどの磁気ディスクなどの磁気記憶媒体、光ディスク、光学テープ、または機械可読光符号化などの光記憶媒体、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）または読出し専用メモリー（ＲＯＭ）などのソリッドステート電子記憶装置、または、コンピュータプログラムを記憶するために採用される任意の他の物理デバイスまたは媒体を含み得る。本発明の方法を実行するコンピュータプログラムは、また、インターネットまたは他のネットワークまたは通信媒体を経由して画像プロセッサに接続されるコンピュータ可読記憶媒体上に記憶され得る。当業者は、そのようなコンピュータプログラム製品の均等物もハードウェア内に構築され得ることを容易に認識するであろう。

本開示のコンテキストにおける「コンピュータがアクセス可能なメモリ」と同等の用語「メモリ」は、画像データ上で記憶しかつ操作するのに使用され、かつ、例えば、データベースを含め、コンピュータシステムがアクセス可能な任意の形式の一時的またはより永続するデータ記憶作業空間を指すことができる。例えば、メモリは、磁気または光記憶装置などの長期記憶媒体を使用して不揮発性とすることができよう。あるいは、メモリは、マイクロプロセッサまたは他の制御論理プロセッサ装置により一時的なバッファまたは作業空間として使用されるランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）など電子回路を使用してより揮発性とすることができよう。表示データは、例えば、通常は、表示装置に直接に関連し、かつ、表示データをもたらすために、必要に応じて周期的にリフレッシュされる一時的な記憶バッファ内に記憶される。この一時的な記憶バッファは、また、この用語が本開示において使用されるように一種のメモリであると考えられる。メモリは、また、計算および他の処理の中間および最終結果を実行および記憶するデータ作業空間として使用される。コンピュータがアクセス可能なメモリは、揮発性、不揮発性、または、揮発性形式および不揮発性形式のハイブリッド組み合わせとすることができる。

本発明のコンピュータプログラム製品は、様々な画像操作アルゴリズムおよびよく知られているプロセスを利用し得ることが理解されよう。本発明のコンピュータプログラム製品の実施形態は、実行に有用である、本明細書では具体的に図示または説明していないアルゴリズムおよびプロセスを実施し得ることが更に理解されるであろう。そのようなアルゴリズムおよびプロセスは、画像処理の技術分野の通常の技量内である従来のユーティリティを含み得る。画像を生成し、および、その他の方法で処理するか、または、本発明のコンピュータプログラム製品と協働するそのようなアルゴリズムおよびシステムおよびハードウェアおよび／またはソフトウェアの更なる態様は、本明細書では具体的には図示または説明しておらず、かつ、そのようなアルゴリズム、システム、ハードウェア、構成部品および当技術分野で知られている要素から選択され得る。

１つの実施形態において、デジタル歯画像を捕捉する方法は、光源を使用する歯の関心領域（ＲＯＩ）を照射するステップと、波長狭帯域においてＲＯＩから反射された光を受光することにより反射率画像を捕捉するステップと、捕捉された反射率画像を処理して相対的なｔＨｂを判定するステップと、歯周組織状態を有する疾患区域を特定するステップと、歯周組織状態を有する特定された疾患区域を表示、記憶、または、伝送するステップとを含むことができる。

１つの実施形態において、口腔内カメラは、光源を含む照射モジュールと、波長狭帯域において組織から反射された光を受光して反射率画像を捕捉する画像センサアレイと、捕捉された反射率画像を処理して、歯周組織状態を有する疾患区域を特定する相対ｔＨｂを判定する制御論理プロセッサと、歯周組織を表示するか、または、歯周組織状態を有する特定された疾患区域のカラーマップを表示するディスプレイとを含むことができる。

本発明を詳細に説明してきた中で、適切または現在は好適な実施形態に特に参照して説明した場合があるが、変形及び改変を本発明の精神旨及び範囲内で達成することができることが理解されよう。例えば、ディスプレイ１７は、カメラ２１にて取り付けることができる。更に、ディスプレイ１７（および／または、撮像装置２０、またはカメラ２１は、本明細書で説明する画像の伝送、記憶、操作、または表示の更なる検討、処理および／または制御のために外部プロセッサまたはワークステーションに結合することができる。本明細書で開示する実施形態は、したがって、あらゆる点で、例示的であり、かつ、制限的ではないと考えられる。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲により示され、その均等物の意味および範囲に該当する全ての変更は、該均等物に包含されると意図される。

本発明を１つ又はそれ以上の実行例に関して例示してきたが、変更及び／または改変を、添付の特許請求の範囲の精神および範囲から逸脱することなく例示する実施例に行うことができる。更に、本発明の特定の機能がいくつかの実行例の１つについて開示した可能性があるが、そのような機能は、任意の所与のまたは特定の機能について、望むことができる他の実行例の１つ又はそれ以上の他の特徴および利点と組み合わせることができる。「の少なくとも１つ」という用語は、記載した項目の１つ又はそれ以上を意味するために使用され、選択することができる。「約」という用語は変更が結果的に例示する実施形態とのプロセスまたは構造との不適合とならない限り、記載される値を多少変更することができることを示す。最後に、「例示的な」は、理想であることを意味するよりはむしろ、説明が一例として使用されることを示す。本発明の他の実施形態は、本明細書および本明細書で開示する本発明の実践の検討から当業者に明らかとなろう。本明細書および実施例は、例示的のみと考えられ、本発明の真の範囲および精神は、以下の特許請求の範囲により示され、その均等物の意味および範囲に該当する全ての変更は、該均等物に包含されると意図される。

Claims (18)

1. デジタル歯画像を捕捉する方法であって、
   光源を使用して歯の関心領域（ＲＯＩ）を照射するステップと、
   波長狭帯域においてＲＯＩから反射された光を受光することにより反射率画像を捕捉するステップと、
   捕捉された反射率画像を処理して、オキシヘモグロビン（ＨｂＯ_２）およびデオキシヘモグロビン（Ｈｂ）の吸収係数に関してアイソスベスティックな波長を含む波長帯域を少なくとも使用して相対ｔＨｂおよびその酸素動態レベルを求めるステップと、
   ヘモグロビンの総濃度および酸素動態レベルの両方の選択された画素画像特性を有する前記歯のＲＯＩ内の選択された関心区域（ＡＯＩ）を特定するステップと、
   前記歯のＲＯＩ内の前記特定されたＡＯＩを表示、記憶、または伝送するステップと、
   を含む、方法。
2. 前記照射するステップは、少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）または白色光源を含み、前記捕捉するステップは、単色センサである色センサを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記処理は、反射率強度比率を生成するステップを含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記処理するステップは、少なくとも３つの波長にて前記捕捉された反射率画像の強度を使用して１組の方程式を解くステップを含む、請求項１に記載の方法。
5. 光源を含む照射モジュールと、
   波長狭帯域において組織から反射された光を受光して反射率画像を捕捉する画像センサアレイであって、前記反射率画像は、少なくとも３つの波長にて捕捉される前記画像センサアレイと、
   前記捕捉された反射率画像を処理して、歯周組織状態を有する疾患区域を特定する相対ｔＨｂおよびその相対酸素動態レベルを判定する制御論理プロセッサと、
   歯周組織を表示するか、または、歯周組織状態を有する特定された疾患区域のカラーマップを表示するディスプレイと、
   を含む、口腔内カメラ。
6. 前記少なくとも３つの波長の１つは、オキシヘモグロビン（ＨｂＯ_２）およびデオキシヘモグロビン（Ｈｂ）の吸収係数についてアイソスベスティックな波長を含む、請求項５に記載の口腔内カメラ。
7. 前記照射モジュールは、少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）を含み、前記センサは、単色センサであり、前記少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）は、様々な波長にて照射する、請求項５に記載の口腔内カメラ。
8. 前記照射モジュールは、様々な波長にて照射す複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含み、前記センサは、単色センサである、請求項５に記載の口腔内カメラ。
9. 前記制御論理プロセッサは、反射率強度比率を生成する、請求項５に記載の口腔内カメラ。
10. 前記反射率強度比率は、５７５ｎｍおよび６２０ｎｍでの反射率画像の強度間、または、５７５ｎｍおよび８００ｎｍでの反射率画像強度の間にある、請求項９に記載の口腔内カメラ。
11. 前記制御論理プロセッサは、さらにヘモグロビンの相対酸素動態レベルを判定する、請求項９に記載の口腔内カメラ。
12. 前記反射率強度比率は、５７５ｎｍおよび８００ｎｍでの反射率画像の強度間、または、６２０ｎｍおよび８００ｎｍでの反射率画像強度の間にある、請求項９に記載の口腔内カメラ。
13. 前記カラーマップは、反射率強度比率の範囲に基づく、請求項５に記載の口腔内カメラ。
14. 前記制御論理プロセッサは、少なくとも３つの波長にて前記捕捉された反射率画像の前記強度を使用して１組の方程式を解く、請求項５に記載の口腔内カメラ。
15. 前記制御論理プロセッサは前記生成されたカラーマップを処理して、歯周組織状態を有する疾患区域を自動的に特定する、請求項５に記載の口腔内カメラ。
16. 前記特定された疾患区域は、ペリオチャート画像において記載または強調表示される、請求項５に記載の口腔内カメラ。
17. 前記制御論理プロセッサは、複数の捕捉された反射率画像を処理して共にスティッチングする、請求項５に記載の口腔内カメラ。
18. 前記スティッチングされた画像は、カラーマップとして、または、歯周組織状態を有する特定された疾患区域の強調表示付きで表示される、請求項１７に記載の口腔内カメラ。

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