JP2019523675A - 骨特性を監視する方法 - Google Patents

Abstract

本開示は、骨粗鬆症及び／又は歯周炎などの様々な状態に関する骨特性を監視するための方法及び装置に関する。様々な実施形態において、歯科衛生機器１００は、ユーザによって把持されるように構成されたハンドル１０２と、歯科衛生関連タスクを実行するためにハンドルに固定されたツール１０６と、歯科衛生機器に取り付けられた、ユーザの下顎２５０，３５０に向かって波２５２，３６２を放射するためのエミッタ１１４Ａ，１１６，３６０Ａと、歯科衛生機器に取り付けられた、下顎から離れる方向に伝播する波２５４，３６４を検出するためのセンサ１１４Ｂ，１１６，３６０Ｂと、エミッタ及びセンサと通信可能に結合されたコントローラ１０８と、を含んでいてもよく、検出された波は、放射された波に起因する、又は、放射された波によって引き起こされる。コントローラは、検出された波を示す信号をセンサから受信し、当該信号に基づいて、ユーザの骨特性を決定してもよい。

Description

本開示は、概して、健康管理に関する。より詳細には、排他的ではないが、本明細書に開示される様々な方法及び装置は、骨粗鬆症及び／又は歯周炎などの状態の骨特性を監視することに関する。

骨粗鬆症は、骨組織の低骨質量及び微細構造劣化によって特徴付けられる骨格障害である。骨粗鬆症は、ピーク骨量よりも低い及び／又は正常骨損失よりも大きいことによって証明され得る。骨の脆弱性が増強され、非外傷性及び／又は自発的な骨折を含む骨折の危険性が増加し得る。骨粗鬆症は、高齢患者の骨折の最も一般的な原因である。ほとんどの場合、骨折前の症状があるかどうかはほとんどない。骨粗鬆症にはさまざまな原因がある。例えば、エストロゲンレベルを低下させる結果、閉経後の女性患者において骨損失が増加する可能性がある。他には、アルコール依存症、食欲不振、甲状腺機能亢進症、卵巣の外科的除去、腎臓疾患、不十分な運動、喫煙、特定の薬物療法などの原因が考えられる。骨粗鬆症は、患者が典型的な若年成人の２．５標準偏差より低い骨密度を有する幾つかの例で診断され得る。

骨損失の早期検出は、例えば、骨減少の速度を遅くするために、ビスホスホネート又はホルモン治療を用いる治療の助けとなり得る。しかしながら、骨損失を検出するための既存の技術及び装置は、侵襲的であり、高価であり、及び／又は、通常は医療事務所においてのみ利用可能である傾向がある。例えば、骨密度（ＢＭＤ）を測定するために、二重エネルギーＸ線吸光光度法（ＤＥＸＡ）を使用することができる。しかし、費用、保守、サイズ、及び、潜在的に有害なＸ線への曝露のために、家庭環境での使用には適さないＤＥＸＡ装置の使用が必要である。さらに、ＢＭＤが骨粗鬆症の正確な予測因子であるかどうかに関する幾つかの議論がある。定量的超音波（ＱＵＳ）も、例えば、患者のかかと及び／又は手首の骨の骨密度を測定するために使用され得るが、家庭では実用的ではない。

本開示は、骨粗鬆症及び／又は歯周炎などの状態の骨特性をモニタリングするための方法及び装置に関する。医療界では、全身性骨粗鬆症と顎又は下顎骨骨粗鬆症との間に相関があることが一般的に合意されている。従って、ここでは、全身骨密度及び組成物の代用物としての下顎骨密度及び組成物の定期的（例えば周期的）、非侵襲的、非侵襲的、非放射線ベースの、容易に実施可能な自己／家庭用モニタリング評価を可能にするための様々な技術が説明され、例えば、全身骨粗鬆症モニタリングが提供される。

様々な実施態様において、歯科衛生器具（例えば、歯ブラシ、ウォーターピックなど）、リテーナ、おしゃぶり、又は、電気シェーバーなどの器具のような、浴室に一般的に見られる、目立たず、非侵襲的で使い易いアイテムは、様々な種類の音声及び／又は光エミッタ及び／又はセンサを備え得る。これらのエミッタ／センサは、ユーザの下顎に向かって音波の有無にかかわらず光波を放射し、下顎から離れて伝搬する音波の有無に応じて対応する光波を検出するように構成されてもよい。音波の有無にかかわらず、これらの検出された光波を分析して下顎骨の密度及び／又は組成を決定することができ、これは上で述べたように全身の骨密度／組成のプロキシとして役立ち得る。このような技術を歯ブラシやシェーバのような日常品に組み込むことにより、装置が頻繁に使用されるので定期的な監視が容易になる。それはまた、非目立たない非侵襲的な測定を可能にする。さらに、デバイスに実装されたセンサと１又は複数のリモートコンピューティングデバイスとの間のデータ共有は、様々な「既製の」通信技術を使用して達成することができる。

一般的に、一態様において、システムは、ユーザによって把持されるように構成されるハンドルを有する歯科衛生機器と、前記ハンドルに固定され、歯科衛生関連タスクを実行するために前記ユーザによって操作されるツールと、前記歯科衛生機器に取り付けられ、前記ユーザの下顎に向かって赤外線を放射する赤外線照射器と、前記歯科衛生機器に取り付けられ、前記下顎による赤外線照射の吸収の影響を受ける応答赤外線を検出するための赤外線センサと、前記赤外線照射器及び前記赤外線センサと通信可能に結合されたコントローラと、を有し、前記コントローラは、前記赤外線照射器を作動させて、赤外線放射を前記下顎に向けて所定時間放射し、前記検出された応答赤外線照射を示す１又は複数の信号を前記赤外線センサから受信し、前記１又は複数の信号に基づいて、前記ユーザの１又は複数の骨特性を決定する、ように構成される。

幾つかの実施形態では、歯科衛生機器は電子歯ブラシの形態をとり、ツールはブラシであってもよい。幾つかの実施形態では、コントローラは、歯科衛生機器と一体であってもよい。幾つかの実施形態では、歯科衛生機器は、無線通信インタフェースを含むことができ、無線通信インタフェースを介して１又は複数のセンサと無線通信することができる。

幾つかの実施形態では、コントローラは、１又は複数の信号から抽出された特徴ベクトルを訓練された機械学習モデルに提供するように構成されてもよい。訓練された機械学習モデルは、ユーザの１又は複数の骨特性を示すラベルを出力することができる。種々の実施形態において、ラベルは、ユーザが骨粗鬆症に罹患しているか、又は、骨粗鬆症の危険性があることを示すことができる。

幾つかの実施形態では、コントローラは、フーリエ変換分光法を適用して、赤外線照射器によって放射された赤外線照射に応答して下顎骨から伝播する散乱赤外線を分析するように構成されてもよい。

幾つかの実施形態では、システムはさらに、超音波送受信器を形成する１又は複数の超音波エミッタ及び１又は複数の超音波センサを含む。幾つかの実施形態では、コントローラは、超音波送受信器を動作させて超音波を下顎に向けて放出するように動作し、放射された超音波に対する振動応答を測定するために超音波送受信器によって生成された信号を分析する。

幾つかの実施形態では、１又は複数のエミッタの少なくとも１つは超音波インソナータであり、１又は複数のセンサの少なくとも１つは超音波センサである。幾つかの実施形態では、コントローラは、超音波検査器を動作させて、超音波を超音波センサに向かって下顎を通過させるように構成することができる。超音波センサからの信号に基づいて、超音波が下顎を通過した速度、又は、下顎によって引き起こされた超音波の減衰の尺度を決定することができる。

当然のことながら、以下でより詳細に議論される上述の概念及び追加的な概念の全ての組み合わせ（かかる概念は、相互に矛盾しない）が、ここに開示される本発明の要旨の一部として考えられている。特に、本開示の最後に添付される請求項の全ての組み合わせが、ここに開示される本発明の要旨の一部として考えられている。また、当然のことながら、参照により本開示に組み込まれ得る、ここで明示的に採用される専門用語は、ここに開示される特定の概念に最も合う意味と一致すべきである。

図中、同様の参照符号は、一般的に、異なる図面を通じて同じ部分を表す。また、図面は、原寸通りではなく、代わりに、本開示の原理を図示するにあたって強調されている。
図１は、様々な実施形態に従って、開示された技術が実施され得る例示的な環境を示している。 図２は、超音波及び振動応答を用いて下顎骨の骨特性を検出するために使用される例示的な歯科用機器アセンブリを示している。 図３は、下顎に赤外線を照射し、応答性の照射を観察することによって骨特性を検出するために使用される例示的な歯科用機器アセンブリを示している。 図４は、様々な実施形態に係る様々な骨特性によって引き起こされる様々な赤外線波長における吸光度を示す例示的なグラフを示している。 図５は、様々な実施形態に係る、骨粗鬆症などの状態の骨特性を非侵襲的に監視する例示的な方法を示している。 図６は、例示的なコンピュータシステムを示している。

骨粗鬆症は、骨組織の低骨質量及び微細構造劣化によって特徴付けられる骨格障害である。多くの場合、骨折前の症状はほとんどない。骨損失の早期検出は治療を助けるかもしれないが、骨損失を検出するための既存の技術及び装置は侵襲的で高価であり、及び／又は、通常は医療事務所でのみ利用可能である傾向がある。従って、骨の特性を定期的に（例えば、毎日、毎週、半日毎などに）目立たず、非侵襲的で、使いやすく、安価な方法でモニタリングする必要がある。上記を考慮して、本開示の様々な実施形態及び実施形態は、骨粗鬆症などの状態の骨特性を非侵襲的に監視することに関する。

図１を参照すると、一実施形態では、歯科用衛生機器が、本開示の選択された態様で、電子歯ブラシ１００の形態で描かれている。電子歯ブラシ１００は、ユーザ（図示せず）に保持されるハンドル１０２と、ハンドル１０２に接続されるネック１０４と、ハンドル１０２に対向するネック１０４の端部にブラシ１０６の形態のツールと、を含む。図１に示す歯科用衛生機器は電子歯ブラシであるが、これに限定されるものではない。様々な実施形態では、非電動歯ブラシ、シェーバ、ウォーターピック、おしゃぶり、リテーナなどを含むがこれらに限定されない、本開示の選択された態様で他の歯科関連及び非歯科関連機器を構成することができる。幾つかの実施形態では、他の歯科衛生関連タスクではなく、骨のモニタリングのみを目的としたデバイスを、本開示の選択された態様で構成することができる。

様々な実施形態において、歯ブラシ１００は、内部論理回路１０８と、場合によっては、論理回路１０８と動作可能に結合された１又は複数の通信インタフェース１１０とを含むことができる。論理回路１０８は、様々な形態を取り得る。幾つかの実施形態では、論理回路１０８は、メモリ（図示せず）と動作可能に結合された１又は複数のプロセッサの形態をとる。メモリは、本開示の選択された態様を実行するために１又は複数のプロセッサによって実行され得る命令を格納することができる。他の実施形態では、論理回路１０８は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）及び／又は特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）などの他の形態をとってもよい。通信インタフェース１１０は、論理回路１０８が１又は複数のリモートコンピューティングデバイスと通信することを可能にするための１又は複数のモジュールを含むことができる。通信インタフェース１１０は、Wi-Fi（登録商標）、Bluetooth（登録商標）、近距離通信（ＮＦＣ）、エッジ、イーサネット（登録商標）、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）、様々な携帯電話技術などを含んでいてもよいが、これらに限定されない。

幾つかの実施形態では、歯ブラシ１００は、一組の格納式部材１１２Ａ及び１１２Ｂを含み得る。格納式部材１１２Ａ及び１１２Ｂは、各格納式部材１１２が歯ブラシ１００の表面と実質的に同一平面である点線で描かれた第１の構成（この場合、ネック１０４の表面と同一平面上にある）と、各格納式部材１１２が歯ブラシ１００の表面から横方向に延びる実線で示される第２の構成との間で（矢印によって示されるように）格納可能であってもよい。様々な実施形態では、格納式部材１１２Ａ及び１１２Ｂは、ユーザの下顎の側面に（即ち、その両側に）配置され得るよう、第２の構成の格納式部材１１２Ａ及び１１２Ｂが十分に遠く離れるように選択される所定の距離で互いに離間され得る。

歯ブラシ１００は、ユーザの下顎に向かって１又は複数の音波又は光波を放射する１又は複数のエミッタと、下顎から離れて伝搬する１又は複数の音又は光波を検出する１又は複数のセンサとを含み得る。検出された１又は複数の音波又は光波は、放射された１又は複数の波に由来するか、あるいは、それによって引き起こされ得る。例えば、図１において、歯ブラシ１００は、第１の格納式部材１１２Ａに取り付けられたエミッタ１１４Ａと、第２の格納式部材１１２Ｂに取り付けられたセンサ１１４Ｂとを含む。エミッタ１１４Ａは、センサ１１４Ｂに向かって音又は光波を放射することができる。センサ１１４Ｂは、放出された音又は光波を検出することができる。

様々な実施形態において、ユーザは、格納式部材１１２Ａ及び１１２Ｂを実線で示す第２の構成に伸長させ、次に第１の格納式部材１１２Ａ（従ってエミッタ１１４Ａ）がユーザの下顎骨の一方の側にあるとともに、第２の格納式部材１１２Ｂ（従ってセンサ１１４Ｂ）は、ユーザの下顎骨の反対側にあるように歯ブラシ１００を配置する。このようにして、エミッタ１１４Ａによって放射された音波又は光波は、センサ１１４Ｂによって検出される前にユーザの下顎を通過する。以下でより詳細に説明するように、論理回路１０８は、センサ１１４Ｂによって提供される信号を分析して、ユーザの下顎骨によって引き起こされる波の変化又は影響を検出することができる。これらの変化又は影響は、ユーザの１又は複数の骨特性を示すことができる。

図１において、歯ブラシ１００は、一緒にトランシーバ１１６を形成する追加のエミッタ／センサ対を含む。トランシーバ１１６は、ユーザの下顎に向かって音及び／又は光波を放射し、ユーザの下顎から伝播する応答音又は光波を検出することができる。例えば、幾つかの実装では、トランシーバ１１６は、ユーザの下顎骨を超音波で黙認し、次に振動応答を検出することができる。他の実施例では、トランシーバ１１６は、ユーザの下顎に赤外線を照射し、次いで放出された光波の波長依存吸収を検出することができる。幾つかの実施形態では、歯ブラシ１００は、赤外線放射を放射／検出するトランシーバと、超音波を放射／検出する放射トランシーバ（または別の放射器／センサ対）と、を備えることができる。

様々な実施形態では、論理回路１０８は、１又は複数のセンサ（例えば、１１４Ｂ，１１６）から、ユーザの下顎骨から伝播して検出された波を示す１又は複数の信号を受信するように構成されてもよい。次いで、論理回路１０８は、１又は複数の信号に基づいて、ユーザの１又は複数の骨特性を決定するように構成されてもよい。幾つかの実施形態では、論理回路１０８は、ユーザが所有又は操作するコンピューティングデバイスであってもよいリモートコンピューティングデバイス１２０への無線接続（例えば、通信インタフェース１１０によって容易化される）を介したその分析を示すデータを提供することができる。リモートコンピューティングデバイス１２０は、スマートフォン、タブレットコンピュータ、スマートウォッチ、ラップトップコンピュータ、デスクトップコンピュータ、セットトップボックスなどの様々な形態を取ることができる。幾つかの実施形態では、リモートコンピューティングデバイス１２０は、論理回路１０８によって実行される分析に基づいて、様々な可聴、視覚、及び／又は、触覚フィードバックをユーザに提供することができる。例えば、論理回路１０８（又はリモートコンピューティングデバイス１２０）が、センサ１１４Ｂ及び／又はトランシーバ１１６からの信号に基づいて、ユーザが過度の骨損失を経験していることを（例えば、電流測定値を１又は複数の事前測定値と比較することによって）決定した場合、コンピューティングデバイス１２０は、ユーザに彼らのヘルスケアプロバイダを訪問するように警告することができる。

幾つかの実施形態では、リモートコンピューティングデバイス１２０は、１又は複数の有線又は無線ネットワーク接続１２６（例えば、インターネット）を介してヘルスケアプロバイダコンピューティングデバイス１２４と通信可能に結合されてもよい。ヘルスケアプロバイダコンピューティングデバイス１２４は、上述の様々なフォームファクタのうちの１又は複数をとることができ、１又は複数のヘルスケアプロバイダ１２８によって操作され得る。ヘルスケアプロバイダコンピューティングデバイス１２４は、ユーザの１又は複数の骨特性を示す種々のタイプの音声、視覚、及び／又は、触覚フィードバックをヘルスケアプロバイダ１２８に提供することができる。このフィードバックに基づいて、ヘルスケアプロバイダ１２８は、治療の開始、生活習慣の変化のアドバイスなど、様々な応答行動を取ることができる。

上述したように、ユーザの骨特性を検出するために、様々なタイプのエミッタ及び／又はセンサを単独で又は組み合わせて使用することができる。例えば、エミッタの中には、超音波エミッタ又はトランシーバの形態をとるものがあり、この超音波エミッタ又はトランシーバは、トランシーバを下顎に所定の時間保持すると、ユーザの下顎に向かって伝播する高周波超音波を発生させる。トランシーバ又は別個のセンサによって検出された信号は、骨の振動応答を表すことができ、骨の組成及び／又は密度に関する情報を運ぶことができる。

図２は、１又は複数の骨特性を決定するために超音波を使用する方法の例を示している。歯ブラシ１００は、超音波トランシーバ１１６を含む。歯ブラシ１００は、超音波トランシーバ１１６がユーザの下顎２５０に隣接している（例えば、所定の距離内で接触している）ように定位置にされている。超音波トランシーバ１１６は、出力超音波２５２を放射し、応答する入力超音波２５４を受信する。応答性の到来する超音波２５４は、振動応答を決定するために論理回路（１０８、図１参照）によって分析されてもよい。振動応答は、とりわけ、ユーザの下顎骨の骨密度及び／又は組成によって影響され得る。次に、論理回路１０８は、トランシーバ１１６によって生成された信号を解析して、骨特性を決定することができる。例えば、論理回路１０８は、時間の経過とともに振動応答が増加する傾向を識別することができ、ユーザの骨密度が減少していることを示唆する。

１又は複数の骨特性を決定するために超音波を使用する方法の別の例を図１に示す。エミッタ１１４Ａが超音波エミッタ（又はトランシーバ、「超音波インソネータ」とも呼ばれる）であり、センサ１１４Ｂが超音波センサ（又はトランシーバ）であると仮定する。様々な実施形態では、ユーザの下顎の一部（２５０、図２参照）がエミッタ１１４Ａとセンサ１１４Ｂとの間にあるように歯ブラシ１００が配置されると、エミッタ１１４Ａはセンサ１１４Ｂに向かって超音波を放射することができる。これらの検出された波に応答してセンサ１１４Ｂによって生成された信号は、例えば、超音波が下顎を通過する速度、又は、エミッタ１１４Ａから最初に放射された超音波からの減衰の程度に関する情報を提供することができる。これらのパラメータは、例えば、論理回路１０８によって、ユーザのＢＭＤを推定するために使用されてもよい。図２又は図１に示される超音波構成が使用されるかどうかにかかわらず、各測定値が分析され、及び／又は、経時的な測定値が分析されて、例えば、骨量の低下／組成／密度の傾向を識別することができる。

図３は、１又は複数の骨特性を決定するために赤外線波がどのように使用され得るかの例を示している。この例では、歯ブラシ１００は、ユーザの下顎骨３５０に向かって赤外線３６２を放射する赤外線エミッタ３６０Ａ（「照射器」とも呼ばれる）と、下顎３５０から伝播する応答赤外線３６４を検出する赤外線センサ３６０Ｂとを含む。この例では、エミッタ３６０Ａ及びセンサ３６０Ｂは、（図２の超音波エミッタ／センサ１１６の場合のように）一緒に形成されるのではなく、互いからずらされているが、これは必須ではない。他の実施形態では、発光ダイオード（ＬＥＤ）のような単一の構成要素を、赤外線放射を放射及び検出するように構成することができる。エミッタ３６０Ａによって下顎骨３５０に向かって放出される赤外線３６２は、下顎３５０に入ると、様々な異なる方向に散乱され得る。この散乱赤外線の少なくとも一部は、例えば３６４に示すように、センサ３６０Ｂに向けられ、従ってセンサ３６０Ｂによって検出される。

図３に示すような幾つかの実施形態では、赤外線エミッタ３６０Ａ及びセンサ３６０Ｂは、近赤外分光装置の形態を取ることができる。エミッタ３６０Ａとセンサ３６０Ｂの一方又は両方が下顎３５０に押し付けられた後、特定の時間（例えば、オーディオ出力及び／又は視覚出力によって指示されるように）赤外線３６２を照射することができる。幾つかの実施形態では、共有結合した原子の振動遷移中に赤外線の吸収を検出するために、フーリエ変換赤外線（ＦＴＩＲ）分光技術が、例えば論理回路１０８によって使用され得る。この検出された吸収は、いわゆる「骨質」に影響を及ぼす様々な骨特性を決定するために分析されてもよい。これらの骨特性は、骨折耐性に寄与する幾何学的特性及び／又は材料特性に影響を与える因子を含み得る。幾何学的特性は、下顎骨３５０の全体の巨視的な幾何学的形状及び骨成分の顕微鏡的構造を含むことができる。材料特性は、コラーゲン及びミネラルなどの骨組織の主要成分の組成及び配置、並びに、微小損傷及び／又は微細構造不連続を含み得る。ＦＴＩＲイメージングは、骨格構成要素に関する情報を分子レベルで提供することができ、従って骨質を評価するためのツールとして使用することができる。

前述の技術を使用して決定された様々な骨特性は、患者の骨の健康を決定するために様々な方法で分析され得る。幾つかの実施形態では、機械学習モデルは、上述の様々なセンサ信号から抽出された特徴ベクトルを受信し、「骨粗鬆症検出」、「骨粗鬆症リスク検出」、「骨粗鬆症検出なし」などのラベルを含む出力を提供するように訓練されてもよい。機械学習モデルは、限定されるものではないが、ロジスティック回帰モデル又はニューラルネットワークを含む様々な技術を使用して実施することができる。そのような機械学習モデルは、様々なタイプの肯定的及び／又は否定的な訓練例について訓練され得る。ポジティブトレーニングの例は、例えば、健康な骨密度及び／又は組成（従って、骨粗鬆症を示さない）を有することが知られている患者に関連する特徴ベクトルを含み得る。ネガティブトレーニングの例は、例えば、骨粗鬆症患者のような健康でない骨密度及び／又は組成を有することが知られている患者に関連する特徴ベクトルを含むことができる。

幾つかの実施形態では、健康なユーザが、本開示の選択された態様で構成された歯ブラシなどのデバイスを使用し始めたとき、ユーザは、例えば、上述の装置を使用することによって、１又は複数の骨特性（例えば、骨密度、骨組成）の健康な「ベースライン」を確立することができる。その後の各使用の後に取得されたデータは、例えば、骨損失、組成物の劣化などに関する任意の傾向が識別され得るかどうかを決定するために、より早期のデータと比較され得る。

上述の特定の実施形態は、それぞれ特定の数のエミッタ及び／又はセンサを含むが、これに限定されるものではない。任意の数の音及び／又は光エミッタ／センサの任意の組み合わせを単一の装置上で使用して、ユーザの骨質に関する様々なレベルの情報を得ることができる。例えば、幾つかの実施形態では、上述した両方のタイプの超音波エミッタセンサ（例えば、１１６と組み合わせた１１４Ａ／１１４Ｂ）を一緒に使用することができる。赤外線エミッタ／センサ（例えば、３６０Ａ／３６０Ｂ）は、一方又は両方のタイプの超音波エミッタ／センサと組み合わせて、又は、単独で使用することもできる。

超音波の反射及び骨によって反射された赤外光のスペクトル分析の両方による骨の評価は、骨の異なる特性及び特性についての洞察を提供する。これらの２つの技術を組み合わせることで、研究される骨の質をよりよく理解することが可能になる。超音波は、骨の振動応答を評価することにより、マクロスケールでの骨の検証を可能にする一方、スペクトル赤外線技術は、骨の分子組成を分析することを可能にする。従って、赤外線エミッタ／センサ（３６０Ａ／３６０Ｂ）と超音波エミッタ／センサとの組み合わせは、より正確な診断を可能にする骨の２つの異なる特性の分析を容易にする。２つの異なるパラメータを評価することにより、骨の質、すなわち骨密度だけでなく、骨の質もよりよく分かり、骨折の危険性をよりよく予測することができる。

図４は、様々な実施形態による様々な骨特性によって引き起こされる様々な赤外線波長における吸光度を示す例示的なグラフを示している。Ｘ軸は赤外波長をｎｍで表しており、Ｙ軸は吸光度をｎｍ^−１で表している。一番上の線は、いわゆる「コンパクト」又は「皮質」骨を表す。皮質骨は、２５０〜４５０ｍｇ／ｃｍ^３の範囲の下の３本の線で表されるいわゆる「網状（海綿）質」又は「小柱骨」よりもはるかに高密度（例えば、２０００ｍｇ／ｃｍ^３）である。皮質骨は、典型的には骨の外面の近くに見られる。網状骨は、典型的には、長い骨の端の近く、接合の近く、及び、椎骨内部に見出される。網状骨は、骨粗鬆症によって皮質骨よりも深刻な影響を受ける。例示的なグラフは、骨粗鬆症の進行に起因して網状骨の密度及びカルシウム含量が低下するにつれて、骨による赤外光波の吸収がどのように変化するかを示す。

図５は、様々な実施形態による、骨粗鬆症のような状態の骨特性を非侵襲的に監視する方法５００の一例を示している。方法５００の動作は特定の順序で描かれているが、これに限定されるものではない。種々の操作が、追加され、省略され、又は、並べ替えられてもよい。

ブロック５０２において、ユーザは、歯科用衛生機器（又は、シェーバ、ウォーターピック、リテーナなどのユーザによって定期的に使用されることが意図された別の機器）を配置して、１又は複数のエミッタ及び／又はセンサがユーザの下顎に隣接するようにする。例えば、図１では、歯ブラシ１００は、格納式部材１１２Ａ及び１１２Ｂ（従って、エミッタ１１４Ａ及びセンサ１１４Ｂ）がユーザの下顎骨の反対側の側面（すなわち側面）に位置するように配置されてもよい。あるいは、歯ブラシ１００は、ネック１０４及びトランシーバ１１６がユーザの下顎に隣接して（例えば、所定の距離内に接触するなどして）配置されるように配置されてもよい。幾つかの実施形態では、ブロック５０２の動作は、歯科衛生関連タスクの実行と同時に行なわれてもよいが、これは必須ではない。

幾つかの実施形態では、ユーザは、例えば、機器自体及び／又は近くのコンピューティングデバイス（例えば、１２０）によって提供される可聴及び／又は視覚的指示に応じて機器を適切に配置することができる。例えば、歯ブラシ１００は、ユーザのスマートフォン、タブレット、スマートミラーなどとペアリング（例えば、Bluetoothを使用して）することができる。ユーザは、歯を磨くことに関するユーザへの指示を提供するペアデバイス上のアプリケーションを開始することができる。アプリケーションはまた、例えばブラッシングの前又は後に、上述のように歯ブラシ１００の位置をユーザに指示する出力を提供してもよい。例えば、ユーザは、下側の左又は右の顎に対して歯茎上及び歯の下側にネック１０４を配置するように指示することができる。歯ブラシ１００が適切に配置されると、ユーザは、例えば、アクチュエータを押すことによって、所定の時間間隔の間、光又は音波の放出を開始することができる。幾つかの実施形態では、対になった装置又は歯ブラシ１００は、所定の時間間隔が経過している（又は、適切な測定値が取り込まれている）ことを示す音声、視覚、及び／又は、触覚フィードバックを提供して、ユーザが顎から歯ブラシを取り外すことを可能にする。幾つかの実施形態では、測定値が不十分である場合（例えば、測定中にユーザが歯ブラシ１００を動かす場合）、ペアのデバイス又は歯ブラシ１００は、ユーザに測定を再開するように指示することができる。

幾つかの実施形態では、歯ブラシ１００は、図１に示す第１の構成と第２の構成との間で格納式部材１１２Ａ及び１１２Ｂを移動させるように動作可能なアクチュエータ（図示せず、例えば、格納式部材１１２Ａ及び１１２Ｂの下のボタン又は圧力解放）を含むことができる。ユーザは、例えば、ユーザが自分の歯を磨くのを終えた後、例えば、格納式部材１１２Ａ及び１１２Ｂがブラッシングしている途中にないように、アクチュエータを操作することができる。幾つかの実施形態では、格納式部材１１２Ａ及び１１２Ｂは、例えば、予めプログラムされたブラッシングルーチンが完了した後に、歯ブラシから第２の構成に自動的に延在することができる。

ブロック５０４において、論理回路１０８は、例えば所定の時間、ユーザの下顎に向かって音波を伴うか又は伴わない光波を放出させるように、１又は複数のエミッタ（例えば、１１４Ａ、１１６、３６０Ａ）を引き起こさせることができる。例えば、ユーザが上述したように歯ブラシ１００を適切に配置すると、ユーザは、放出を開始させるボタンを、例えば数秒間などに押すことができる。ブロック５０６において、ユーザの下顎骨から遠ざかるように伝搬する音波を伴うか又は伴わない光波は、１又は複数のセンサ（例えば、１１４Ｂ、１１６、３６０Ｂ）によって検出され得る。

ブロック５０８において、ブロック５０６で検出された１又は複数の音波を伴うか伴わない光波を示す信号は、例えば１又は複数のセンサ（例えば、１１４Ｂ、１１６、３６０Ｂ）によって論理回路１０８に提供されてもよい。ブロック５１０において、論理回路１０８は、上述したように信号を分析して、ユーザの１又は複数の骨特性を決定することができる。上述したように、これらの骨特性には、骨密度、組成などが含まれ得るが、これらに限定されない。幾つかの実施形態では、歯ブラシ１００と一体化した論理回路１０８が骨特性を決定するのではなく、論理回路１０８は、センサ信号を示すデータを１又は複数のリモートコンピューティングデバイス（例えば、１２０，１２４）に単に提供することができる。これは、歯ブラシ１００が、計算そのものを実行するのに十分な処理能力及び／又はバッテリ電力が不足している可能性がある資源制約型装置である場合に特にそうである。

図６は、例示的なコンピュータシステム６１０のブロック図である。コンピュータシステム６１０は、典型的には、バスサブシステム６１２を介して多数の周辺装置と通信する少なくとも１つのプロセッサ６１４を含む。本明細書で使用される場合、「プロセッサ」という用語は、例えば、マイクロプロセッサ、FPGA、ASIC、他の同様のデバイス、及び、それらの組み合わせなど、本明細書で説明される様々なコンポーネントに起因する様々な機能を実行することができる様々なデバイスを含むと理解される。これらの周辺装置は、例えば、メモリサブシステム６２５及びファイル記憶サブシステム６２６、ユーザインタフェース出力装置６２０、ユーザインタフェース入力装置６２２、及び、ネットワークインタフェースサブシステム６１６を含むデータ保持サブシステム６２４を含むことができる。入力装置及び出力装置は、コンピュータシステム６１０とのユーザ対話を可能にする。ネットワークインタフェースサブシステム６１６は、外部ネットワークへのインタフェースを提供し、他のコンピュータシステムの対応するインタフェースデバイスに結合される。

ユーザインタフェース入力装置６２２は、キーボード、マウス、トラックボール、タッチパッド、又は、グラフィックタブレットなどのポインティングデバイス、スキャナ、ディスプレイに組み込まれたタッチスクリーン、音声認識システム、マイクロフォンなどのオーディオ入力デバイス、及び／又は、その他のタイプの入力装置を含み得る。一般に、用語「入力装置」の使用は、情報をコンピュータシステム６１０又は通信ネットワークに入力するための全ての可能なタイプの装置及び方法を含むことが意図されている。

ユーザインタフェース出力装置６２０は、ディスプレイサブシステム、プリンタ、ファックス装置、又は、オーディオ出力装置などの非視覚的ディスプレイを含むことができる。ディスプレイサブシステムは、陰極線管（CRT）、液晶ディスプレイ（LCD）などのフラットパネル装置、投影装置、又は、可視画像を生成するための他の何らかの機構を含むことができる。ディスプレイサブシステムはまた、オーディオ出力装置のような非視覚的な表示を提供してもよい。一般に、用語「出力装置」の使用は、コンピュータシステム６１０からユーザ又は別の機械又はコンピュータシステムに情報を出力するための全ての可能なタイプの装置及び方法を含むことが意図されている。

データ保持システム６２４は、本明細書で説明されるモジュールの幾つか又は全ての機能を提供するプログラミング及びデータ構造を記憶する。例えば、データ保持システム６２４は、方法５００の選択された態様を実行する、及び／又は、歯ブラシ１００、リモートコンピューティング装置１２０、及び／又は、ヘルスケアプロバイダコンピューティング装置１２４の１又は複数の構成要素を実装するためのロジックを含むことができる。

これらのソフトウェアモジュールは、一般にプロセッサ６１４単独で、又は、他のプロセッサと組み合わせて実行される。記憶サブシステム内で使用されるメモリ６２５は、プログラム実行中に命令及びデータを記憶するためのメインランダムアクセスメモリ（RAM）６３０、固定命令が記憶される読み出し専用メモリ（ROM）６３２、及び、（少なくとも１つのプロセッサ６１４と付加的に又は代替的に一体化してもよい）命令／データキャッシュなどの他のタイプのメモリを含むことができる。ファイル記憶サブシステム６２６は、プログラム及びデータファイルのための永続的ストレージを提供することができ、ハードディスクドライブ、関連するリムーバブルメディア、CD-ROMドライブ、光学ドライブ、又は、リムーバブルメディアカートリッジと共にフロッピーディスクドライブを含むことができる。特定の実装形態の機能を実現するモジュールは、ファイル保持サブシステム６２６によってデータ保持システム６２４に、又は、プロセッサ６１４によってアクセス可能な他のマシンに格納されてもよい。本明細書で使用される「非一時的コンピュータ可読媒体」という用語は、揮発性メモリ（例えば、DRAM及びSRAM）及び不揮発性メモリ（例えば、フラッシュメモリ、磁気記憶装置、及び、光記憶装置）の両方を含むが、一時的な信号は除外される。

バスサブシステム６１２は、コンピュータシステム６１０の様々な構成要素及びサブシステムを意図したように互いに通信させるための機構を提供する。バスサブシステム６１２は、単一のバスとして概略的に示されているが、バスサブシステムの代替的な実装形態は、複数のバスを使用することができる。

コンピュータシステム６１０は、ワークステーション、サーバ、コンピューティングクラスタ、ブレードサーバ、サーバファーム、又は、任意の他のデータ処理システム又はコンピューティングデバイスを含む様々なタイプのものとすることができる。幾つかの実施形態では、コンピュータシステム６１０は、クラウドコンピューティング環境内で実施することができる。コンピュータ及びネットワークの刻々と変化する性質のために、図６に示されるコンピュータシステム６１０の説明は、幾つかの実装形態を説明するための特定の例としてのみ意図されている。図６に示されたコンピュータシステムより多くの、又は、より少ないコンポーネントを有するコンピュータシステム６１０の多くの他の構成が可能である。

本明細書では多様な実施形態が記載及び図示されたが、当業者は、本明細書に説明される機能を実行するための、並びに／又は本明細書に説明される結果及び／若しくは１つ以上の利点を得るための他の多様な手段及び／若しくは構造を容易に想像し、かかる変形例及び／又は改変例は、本明細書で説明される発明の実施形態の範囲内に含まれると見なされる。より一般的には、当業者は、本明細書に説明される全てのパラメータ、寸法、材料、及び構成の全ては例であり、実際のパラメータ、寸法、材料、及び／又は構成は、本発明の教示が使用される具体的な用途に依存することを容易に理解するであろう。当業者は、通常の実験より多くを要することなく、本明細書に説明される本発明の具体的な実施形態の多数の均等物を認識又は確認することができるであろう。よって、上記の実施形態はあくまで例として提示され、本発明の実施形態は、特許請求の範囲及び均等物の範囲内において、具体的に説明及び請求されたものとは異なる態様又は方法で実施することができる。本開示の発明の実施形態は、本明細書に説明される個々の特徴、システム、物品、材料、キット（道具）、及び／又は方法に向けられる。また、かかる特徴、システム、物品、材料、キット、及び／又は方法が互いに矛盾しない場合、かかる特徴、システム、物品、材料、キット、及び／又は方法のうちの２つ以上の任意の組み合わせは本開示の発明の範囲内に含まれる。

本明細書で定義され使用されている全ての定義は、辞書定義、参照により組み込まれた文献の定義、及び／又は、定義された用語の通常の意味を制御すると理解されるべきである。

本明細書及び特許請求の範囲において使用される単数形は、明確に反対の指示がない限り、「少なくとも１つ」を意味すると理解されるべきである。

本明細書及び特許請求の範囲において使用される語句"及び／又は"は、そのように結合された複数の要素の"いずれか又は両方"、すなわち、あるいくつかの場合には接続的に存在し、他の場合には分離的に存在する複数の要素を意味すると理解されるべきである。"及び／又は"と共に記載されている複数の要素は、同じ様式で、すなわち、そのように結合された複数の要素のうちの"一つ又はそれ以上"と解釈されるべきである。他の複数の要素は、任意的に、「及び／又は」節によって具体的に特定された複数の要素以外に存在してもよく、それら具体的に特定された複数の要素と関連していても関連していなくてもよい。このため、非限定的な例として、「Ａ及び／又はＢ」なる表現は、「有する」などのオープンエンド型文言と一緒に使用される場合、ある実施形態においては、Ａのみ（オプションでＢ以外の要素を含む）、他の実施形態においては、Ｂのみ（オプションでＡ以外の要素を含む）、更に他の実施形態においては、ＡとＢとの両方（オプションで他の要素を含む）などを表すことができる。

本明細書及び特許請求の範囲において使用される"又は"は、上述の"及び／又は"と同じ意味を有するものと理解されるべきである。例えば、あるリスト内の複数の項目を分離させた場合に、"又は"又は"及び／又は"は包括的である、すなわち、数又は複数の要素のリストのうちの少なくとも一つ（ただし一つよりも多くも含む）を含み、そして任意的に、追加的なリストにない複数の項目を含むものと解釈されるものとする。明確に反対の指示をする用語、例えば"一つのみ"又は"厳密に一つの"又は特許請求の範囲において使用される場合の"から成る"のみが、数又は複数の要素のリストのうちの厳密に１の要素を含むことを参照することができる。概して、本明細書において使用される"又は"は、例えば"のいずれか""のうちの一方""の一つのみ"又は"厳密に一つの"を伴う場合にのみ、排他的な代替手段（すなわち"一方又は他方であり、両方ではない"）を示すと解釈されるものとする。「本質的に〜からなる」という表現は、請求項において使用される場合、特許法の分野において用いられるような通常の意味を持つべきである。

本明細書及び特許請求の範囲に用いられるように、１つ以上の要素を含むリストを参照した際の「少なくとも１つ」との表現は、要素のリストにおける任意の１つ以上の要素から選択された少なくとも１つの要素を意味すると理解すべきであるが、要素のリストに具体的に列挙された各要素の少なくとも１つを必ずしも含むわけではなく、要素のリストにおける要素の任意の組み合わせを排除するものではない。この定義は、「少なくとも１つの」との表現が指す要素のリストの中で具体的に特定された要素以外の要素が、それが具体的に特定された要素に関係していても関連していなくても、任意選択的に存在してもよいことを可能にする。このため、非限定的な例として、「Ａ及びＢの少なくとも１つ」（又は、等価的に「Ａ又はＢの少なくとも１つ」、又は、等価的に「Ａ及び／又はＢの少なくとも１つ」）なる表現は、ある実施形態においては、少なくとも１つの（オプションで２以上の）Ａであって、Ｂが存在しない（オプションで、Ｂ以外の要素を含む）こと、他の実施形態においては、少なくとも１つの（オプションで２以上の）Ｂであって、Ａが存在しない（オプションで、Ａ以外の要素を含む）こと、更に他の実施形態においては、少なくとも１つの（オプションで２以上の）Ａと、少なくとも１つの（オプションで２以上の）Ｂである（オプションで、他の要素を含む）こと、を表すことができる。

また、反対の意味で明確に示されなければ、２以上のステップ又は動作を含む請求項中の任意の方法において、方法のステップ又は動作の順序は、記載の方法のステップ又は動作の順序に必ずしも限定されない。

明細書と同様に、請求項中、「有する」、「含む」、「運ぶ」、「持つ」、「包含する」、「取り込む」、「保持する」、「構成される」などの移行句は、オープンエンドである、即ち、含むが、これに限定されないものとして理解されるべきである。米国特許庁ＭＰＥＰセクション２１１１．０３に記載されるように、「〜からなる」及び「実質的に〜からなる」という移行句のみが、それぞれ、クローズド又はセミクローズド移行句であるべきである。特許協力条約（PCT）規則6.2（b）に従い特許請求の範囲で使用される特定の表現および参照符号は、その範囲を限定するものではないことを理解されたい。

Claims (13)

1. ユーザによって把持されるように構成されるハンドルを有する歯科衛生機器と、
   前記ハンドルに固定され、歯科衛生関連タスクを実行するために前記ユーザによって操作されるツールと、
   前記歯科衛生機器に取り付けられ、前記ユーザの下顎に向かって赤外線を放射する赤外線照射器と、
   前記歯科衛生機器に取り付けられ、前記下顎による赤外線照射の吸収の影響を受ける応答赤外線を検出するための赤外線センサと、
   前記赤外線照射器及び前記赤外線センサと通信可能に結合されたコントローラと、
   を有するシステムであって、
   前記コントローラは、
   前記赤外線照射器を作動させて、赤外線放射を前記下顎に向けて所定時間放射し、
   前記検出された応答赤外線照射を示す１又は複数の信号を前記赤外線センサから受信し、
   前記１又は複数の信号に基づいて、前記ユーザの１又は複数の骨特性を決定する、ように構成される、システム。
2. 前記歯科衛生機器が電動歯ブラシを含み、前記ツールがブラシを含む、請求項１記載のシステム。
3. 前記コントローラが、前記歯科衛生機器と一体化されている、請求項１記載のシステム。
4. 前記歯科衛生機器が、無線通信インタフェースを有し、前記コントローラが、前記無線通信インタフェースを介して１又は複数のセンサと無線通信を行なう、請求項１記載のシステム。
5. 前記コントローラが、前記１又は複数の信号から抽出された特徴ベクトルを訓練された機械学習モデルに供給するように構成され、前記訓練された機械学習モデルが、前記ユーザの１又は複数の骨特性を示すラベルを出力する、請求項１記載のシステム。
6. 前記ラベルが、前記ユーザが骨粗鬆症を患っていることを示す、請求項５記載のシステム。
7. 前記ラベルが、前記ユーザに骨粗鬆症のリスクがあることを示す、請求項５記載のシステム。
8. 前記コントローラが、前記赤外線照射器によって放射された赤外線照射に応答して前記下顎から伝播する散乱赤外線を分析するためにフーリエ変換分光法を適用するように構成される、請求項１記載のシステム。
9. 超音波送受信器をともに形成する、１又は複数の超音波エミッタと１又は複数の超音波センサとを更に有する、請求項１記載のシステム。
10. 前記コントローラが、
    前記下顎に向かって超音波を放射するように前記超音波送受信器を動作させ、
    放射された超音波に対する振動応答を測定するために前記超音波送受信器によって生成された信号を分析する、ように構成される、請求項９記載のシステム。
11. 前記１又は複数のエミッタの少なくとも１つが、超音波インソネータを有し、前記１又は複数のセンサの少なくとも１つが、超音波センサを有する、請求項１記載のシステム。
12. 前記コントローラが、
    前記超音波インソネータを動作させて、超音波を前記下顎を介して前記超音波センサに向けて通過させ、
    前記超音波センサからの信号に基づいて、前記超音波が前記下顎を通過した速度、又は、前記下顎によって引き起こされた前記超音波における減衰の尺度を決定する、ように構成される、請求項１１記載のシステム。
13. 前記赤外線照射器及び前記赤外線センサが、前記歯ブラシに対して所定の間隔を空けて配置された各格納式部材上に取り付けられ、
    各格納式部材が、格納式部材が前記歯ブラシの表面と実質的に同一平面にある第１の構成と、格納式部材が前記歯ブラシの表面から横方向に延びる第２の構成と、の間で格納可能であり、
    前記所定の間隔が、前記第２の構成における前記格納式部材が前記ユーザの下顎に隣接して離間されるように選択される、請求項２記載の電動歯ブラシ。

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