JP5590887B2 - 歯牙撮像装置 - Google Patents
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Description
・その波長が異なる二種類の励起光間で蛍光を比較し齲蝕を検知する特許文献1(発明者:Alfano)記載の方法
・二種類の波長間で散乱光強度を比較し齲蝕を検知する特許文献2(発明者:Alfano)記載の方法
・レーザ光を用い励起エネルギを供給して別波長の蛍光を発生させることで齲蝕部位置を特定する特許文献3(発明者:Ingmar)記載の方法
・特許文献4(発明者:de Josselin de Jong et al.)に記載の蛍光撮像型検知装置で虫歯を検知する手法
・蛍光によって組織の像を捉えて高度な画像解析に供する特許文献10(発明者:de Josselin de Jong et al.)記載の方法
等がある。
・医用撮像にOCT走査計測原理を適用する特許文献6(発明者:Swanson et al.)記載の手法
・OCT法を用い歯及び歯茎を撮像する特許文献7(発明者:Nathel et al.)記載の手法
・特許文献8(発明者:Everett et al.)記載の歯科検査具を用い走査OCT像を得る手法
・特許文献13(発明者:Quadling et al.)記載の時間領域乃至フーリエ領域OCTシステムを用い歯牙を撮像する手法
・特許文献17(発明者:野口国寿他)記載の歯科光診断装置を使用する手法;即ち可視光源で歯牙表面を照らしその部位の画像をカメラで捉え、その画像上で指定された部位を別の光源の光源で照らしOCT装置でその部位を走査する手法
等である。
(a)歯牙の反射光撮像に使用される第1波長域の光、及び蛍光撮像に当たり歯牙の励起に使用される第2波長域の光を発生させる少なくとも1個の光源と、
(b)前記歯牙からの、反射され放射された光を検出する少なくとも1つのセンサと、
(c)前記少なくとも1個の光源からの光の光路上に設けられ、前記少なくとも1個の光源からの光を偏光させ前記歯牙に入射させる少なくとも1つの偏光器と、
(d)回送光路上かつ前記少なくとも1つのセンサの前に配置され、前記歯牙からの像形成光を前記少なくとも1つのセンサに送る検光器と、
(e)前記回送光路上に配置され、前記歯牙からの像形成光を前記センサに送り、偏光された光の一部分から像を形成するレンズと、
(f)前記回送光路上に配置され、前記第2波長領域の光を減衰させつつ前記第1波長領域の光を透過させるロングパスフィルタと、
(g)前記センサを作動させ、ライブ動画又は静止画である、蛍光像、反射光像、又は前記蛍光像及び前記反射光像の結合のいずれかの画像データを取得して表示する論理制御回路と、
を備える。
図1に、本発明の一実施形態に係る撮像装置10、特にその光学系の基本構成を示す。この装置10はFIRE法による齲蝕検知装置であり、青色等所要波長域に属する光をその光源12で発生させている。その光はレンズ14等のビーム調光器越しに歯牙20に入射し、図示の通りその歯牙20の平滑面を照明し或いは図示しない咬合面を照明する。それによって発生する光のうちレンズ22越しに白黒カメラ30によって検知されるのは、歯牙20への入射光と同一波長でありその強度から歯牙20の反射率を導出できる後方散乱光と、その入射光によって励起された蛍光である。鏡面反射光は、FIRE法による撮像(FIRE撮像)に際し誤検知(false positive)を発生させうる不要な反射光であるので、それをできるだけ拾わないよう、カメラ30の向きは光源12の向きに対し相応に傾けてある。これによって、鏡面反射光による惑乱効果を受けずに後方散乱光での撮像を行うことが可能になる。
図5及び図6に基づく説明中で述べた通り、反射光像データ及び蛍光像データに基づき歯牙齲蝕部を看取しやすい像を生成するには、それらのデータに対し適宜画像処理を施す必要がある。反射光像データと蛍光像データを結合させて診断用のFIRE像60を生成するのに使用可能な手法は数多くある。例えば本願出願人をその譲受人とする米国特許出願第11/262869号には、スカラー乗算器を用い反射光像データと蛍光像データを結合させて正規化反射光強度・蛍光強度間の差を求める手法が記載されている。
本発明に係る方法には更に数多くの実施形態がある。その一つは、偏光素子を使用し反射光像、蛍光像又はその双方のコントラストを高める実施形態である。既知の通り、高度な構造化組成を有しているエナメル質は入射光の偏向状態に敏感である。非特許文献1等にも記載の通り、偏向光は歯牙撮像感度を高める上で有用である。
図23A及び図23Bに、それぞれ、一実施形態に係るオートフォーカス機能付撮像装置を示す。これらの図では、その煩雑化を避けるため白色光源や蛍光励起用光源(例えばLED)の図示を省略してある。図中、光源250a,250bはレンズ一体型のLEDであり、そのコリメーティングレンズにより光源250a,250bの像252a,252bが歯牙表面上の光軸交点256に形成される(符号同順)。ただ、図23Aに示す通り、プローブのポジションが正しくないと(離焦していると)像252a,252bは重なり合わない。図23Cに、これを利用し焦点を合わせる手順を示す。この図には、交点256に対する位置が違う歯牙20が列記されている。図中左側の例では交点256が歯牙20より上にあり、右側の例では下にある。どちらの例も離焦状態である。中央の例では歯牙20に合焦している。オペレータとしては、像252aと像252bが重なり合う位置へとプローブを動かすことで、合焦状態にすることができる。その状態でシステムに対し指示すると、その像を好適に撮影することができる。更に、同じ原理でオートフォーカス機能を提供することもできる。それには、いわゆる当業者にとり周知の光検知法に従い像252a及び252bの位置を検知及び追跡し、両者が重なったらセンサ68乃至カメラを起動し像を捉えさせるソフトウェアを、制御回路110上で又はそれと連携して実行させればよい。
OCT法は、他の従来手法では撮像できない歯牙組織等の組織を干渉計測原理で撮像する非侵襲的撮像法である。図13に、本発明の一実施形態に係りFIRE撮像及びOCT撮像を併用する撮像装置10を示す。図中のOCTシステム80は、LED等の低コヒーレンシー光源160に発する光を二通りの光路に送出する。その光路長が既知の基準アーム164と、歯牙20に向かう標本アーム76である。アーム164,76からの反射光を干渉計162にて再結合させ、その干渉状況を調べることで、標本の内部構造を知ることができる。
本発明の撮像装置10を構成する部材は、様々な形態でパッケージングすることができる。その一つは、検査を担当する歯科医や技師が容易に扱えるようコンパクトなパッケージングである。図15に、本発明の一実施形態に係るハンドヘルド歯牙撮像装置100を示す。そのハンドル102は破線で示す如き輪郭を有しており、また光源12、センサ68並びにそれに付随する種々の照明用・撮像用光路形成部品を収容している。そのハンドル102に取り付けられているプローブ104は、単なるカバーにすることもできるが、この例では歯牙撮像に相応しい位置関係になるようレンズ24及び転向ミラー46を支持している。また、制御回路110は装置100の動作を制御する回路であり、スイッチ、メモリ、論理制御回路等で構成されている。例えば、光源12を点消灯させるためのスイッチ等、装置構成部材制御用のスイッチのみ又はその集まりのみで、制御回路110を構成してもよい。検知機能制御及び画像データ取得用の論理が組み込まれたマイクロプロセッサを、プローブ104に内蔵させ又は接続して制御回路110としてもよい。図1〜図3に示した処理装置38に制御回路110の機能を担わせることもできる。装置100の動作を管理する高度な論理制御回路や、検知部材、情報記憶部材等を、制御回路110に組み込んでもよい。そして、制御回路110は、無線インタフェース136との接続を介し外部装置、例えばコンピュータワークステーションやサーバと通信することができる。その通信は、図18に示すように無線で行うことができる。この図の撮像システム150では、オペレータからの指示、例えば制御ボタン押下等に応じ装置100が撮像を実行する。得られた像は論理制御プロセッサ140、例えばコンピュータワークステーション、サーバ、専用マイクロプロセッサベースシステム等に送信され、ディスプレイ142の画面上に表示される。こうして撮像装置100を無線接続すると、有線接続無しで処理装置38に画像データを送ることができる。データ伝送用の無線インタフェースとしては、Bluetooth(登録商標)等、様々なものを使用することができる。
別々の手段で取得した画像同士を関連づける処理、例えばX線撮像装置で得られた画像と本発明の撮像装置10で得られる画像のように別途取得した画像同士を結合させる処理は、検知結果に含まれる誤検知(false positive)や見逃し(false negative)を減らすのに役立つ。図1〜図3に示した処理装置38で実行される画像処理ソフトウェアには、それらの像が同じ撮像装置10で得られたものか、それとも撮像装置10で得られた像と他の装置で得られた像の組合せなのかによらず、同じ歯牙20を捉えた複数の像を互いに関連づける機能がある。
(付記1)
(a)歯牙の反射光撮像に使用される第1波長域の光、並びに蛍光撮像に当たり歯牙の励起に使用される第2波長域の光を発生させる少なくとも1個の光源と、
(b)その光の入射光路上に配置されており、光源に発する光のうち第1偏向状態の光を歯牙に入射させ、また歯牙からの光のうち第2偏向状態即ち第1偏向状態に対し直交する偏向状態の光を回送光路経由でセンサに送る偏向ビームスプリッタと、
(c)歯牙から回送光路へ送られてきた第2偏向状態の光をセンサに送り像を形成するレンズと、
(d)回送光路上で第2波長領域の光を減衰させつつ第1波長領域の光を透過させるロングパスフィルタと、
(e)センサを作動させて蛍光像又は反射光像の画像データを取得しその像のライブ動画表示又は静止画キャプチャを可能にする論理制御回路と、
を備える歯牙撮像装置。
(付記2)
付記1記載の歯牙撮像装置であって、更に、第1波長域の光を反射させ第2波長域の光を透過させるダイクロイックビーム結合器を備え、その透過光を上記入射光路に送る歯牙撮像装置。
(付記3)
付記1記載の歯牙撮像装置であって、更に、そのポジションによって論理制御回路に指示を与えるスイッチを備える歯牙撮像装置。
(付記4)
付記1記載の歯牙撮像装置であって、上記センサが、第1波長域の光に係る反射光撮像及び第2波長域の光に係る蛍光撮像を交互実行する歯牙撮像装置。
(付記5)
付記4記載の歯牙撮像装置であって、反射光像及び蛍光像を互いに別のディスプレイ上に同時表示させる歯牙撮像装置。
(付記6)
付記4記載の歯牙撮像装置であって、反射光像及び蛍光像を同一ディスプレイの互いに別のウィンドウ内に同時表示させる歯牙撮像装置。
(付記7)
付記1記載の歯牙撮像装置であって、更に、第2波長領域の光を調光するショートパスフィルタを備える歯牙撮像装置。
(付記8)
付記7記載の歯牙撮像装置であって、そのショートパスフィルタをダイクロイックビーム結合器として機能させる歯牙撮像装置。
(付記9)
付記1記載の歯牙撮像装置であって、上記ロングパスフィルタのカットオフ波長が青色域中心付近にある歯牙撮像装置。
(付記10)
付記1記載の歯牙撮像装置であって、更に、上記センサで捉えられた白色光像を表示するディスプレイを備える歯牙撮像装置。
(付記11)
付記10記載の歯牙撮像装置であって、対応する画像データから白色光像を生成するに当たりその青色域成分を増量する歯牙撮像装置。
(付記12)
付記1記載の歯牙撮像装置であって、第1波長域の光、第2波長域の光又はその双方をファイバ束を介して入射する歯牙撮像装置。
(付記13)
付記3記載の歯牙撮像装置であって、上記スイッチがマルチポジションスイッチである歯牙撮像装置。
(付記14)
付記3記載の歯牙撮像装置であって、上記スイッチがジョイスティックスイッチである歯牙撮像装置。
(付記15)
(a)オペレータが操作してその位置を決めるハンドル部と、
(b)ハンドル部から分離可能且つ歯牙近傍に配置可能なプローブ部と、
(c)ハンドル部内、プローブ部内又はその双方にかけて配置された補助光学系と、
を備え、その補助光学系が、
(i)歯牙の反射光撮像に使用される第1波長域の光を発生させる第1光源と、
(ii)蛍光撮像に当たり歯牙の励起に使用される第2波長域の光を発生させる第2光源と、
(iii)第1及び第2光源からの入射光路上に配置されており、光源からの光のうち第1偏向状態の光を歯牙に入射させ、また歯牙からの光のうち第2偏向状態即ち第1偏向状態に対し直交する偏向状態の光を回送光路経由でセンサに送る偏向ビームスプリッタと、
(iv)歯牙から偏向ビームスプリッタ経由で回送光路に送られてきた第2偏向状態の光をセンサに送り像を形成するレンズと、
(v)回送光路上で第2波長領域の光を減衰させるロングパスフィルタと、
(vi)センサを作動させて蛍光像又は反射光像の画像データを取得しその像のライブ動画表示又は静止画キャプチャを可能にする論理制御回路と、
を有する歯牙撮像装置。
(付記16)
付記15記載の歯牙撮像装置であって、上記プローブ部の内側に反射面がある歯牙撮像装置。
(付記17)
付記15記載の歯牙撮像装置であって、上記プローブ部の内側に散光面がある歯牙撮像装置。
(付記18)
(a)歯牙の撮像に使用される第1波長域の入射光を発生させる第1光源と、
(b)歯牙からの光を回送光路経由で画像データ取得用のセンサに送り像を形成するレンズと、
(c)そのレンズに光を送る第2光源と、
(d)同じくレンズに光を送る第3光源と、
を備え、歯牙表面に合焦しているときに第2光源からの光と第3光源からの光がレンズの焦点近傍で重なる歯牙撮像装置。
(付記19)
付記18記載の歯牙撮像装置であって、上記第1、第2又は第3光源がLEDである歯牙撮像装置。
(付記20)
(a)歯牙の撮像に使用される第1波長域の入射光を発生させる第1光源と、
(b)歯牙から回送光路に送られてきた光を光軸沿いに画像データ取得用のセンサに送り像を形成するレンズと、
(c)そのレンズに光を送る第2光源と、
(d)撮像で得られた歯牙の像に重ね、光軸を示す標的指示子及び第2光源による照明位置を表示するディスプレイと、
を備え、合焦時には光軸に対し第2光源の照明位置が揃う歯牙撮像装置。
(付記21)
(a)歯牙の反射光撮像に使用される第1波長域の光、並びに蛍光撮像に当たり歯牙の励起に使用される第2波長域の光を、ある光路沿いに歯牙に入射する少なくとも1個の光源と、
(b)その光路上で、歯牙からの光のうち第1波長域に属する反射光を第1センサに送り、歯牙からの他の光を第2センサに送る分波器と、
(c)その光路上に配置されており、分波器を経由した光で第1及び第2センサ上に歯牙の像を形成するレンズと、
(d)センサを作動させて蛍光像又は反射光像の画像データを取得しその像のライブ動画表示又は静止画キャプチャを可能にする論理制御回路と、
を備える歯牙撮像装置。
(付記22)
付記21記載の歯牙撮像装置であって、上記分波器がダイクロイックビームスプリッタである歯牙撮像装置。
(付記23)
(a)歯牙の反射光撮像に使用される第1波長域の入射光を第1光源によって発生させるステップと、
(b)蛍光撮像に当たり歯牙の励起に使用される第2波長域の入射光を第2光源により発生させるステップと、
(c)反射光像又は蛍光像を捉えるステップと、
(d)反射光像、蛍光像又はその双方をライブ動画として表示させ又はその静止画キャプチャを可能にするステップと、
を有する歯牙撮像方法。
(付記24)
(a)歯牙の撮像に使用される第1波長域の入射光を第1光源によって発生させるステップと、
(b)歯牙からの光を回送光路に送りその光路上のレンズで画像データ取得用のセンサ上に像を形成するステップと、
(c)第2光源からレンズへと光を送るステップと、
(d)第3光源からレンズへと光を送るステップと、
(e)第2光源からの光ビームと第3光源からの光ビームがレンズの焦点近傍で重なっていることを検知するステップと、
を有し、歯牙表面への合焦を上記重なりの検知で検知する歯牙撮像方法。
(付記25)
(a)歯牙の撮像に使用される第1波長域の入射光を第1光源によって発生させるステップと、
(b)歯牙からの光を回送光路に送りその光路上のレンズで画像データ取得用のセンサ上に像を形成するステップと、
(c)第2光源からレンズへと光を送るステップと、
(d)撮像で得られた歯牙の像に重ね、光軸を示す標的指示子及び第2光源による照明位置を表示させるステップと、
を有し、光軸に対する第2光源照明位置の位置揃いを以て合焦と見なす歯牙撮像方法。
Claims (3)
- (a)歯牙の反射光撮像に使用される第1波長域の光、及び蛍光撮像にあたり歯牙の励起に使用される第2波長域の光を発生させる少なくとも1個の光源と、
(b)前記歯牙からの、反射され放射された光を検出する少なくとも1つのセンサと、
(c)前記少なくとも1個の光源からの光の光路上に設けられ、前記少なくとも1個の光源からの光を偏光させ前記歯牙に入射させる少なくとも1つの偏光器と、
(d)回送光路上かつ前記少なくとも1つのセンサの前に配置され、前記歯牙からの像形成光を前記少なくとも1つのセンサに送る検光器と、
(e)前記回送光路上に配置され、前記歯牙からの像形成光を前記センサに送り、偏光された光の一部分から像を形成するレンズと、
(f)前記回送光路上に配置され、前記第2波長域の光を減衰させつつ前記第1波長域の光を透過させるロングパスフィルタと、
(g)前記センサを作動させ、ライブ動画又は静止画である、蛍光像、反射光像、又は前記蛍光像及び前記反射光像の結合のいずれかの画像データを取得して表示する論理制御回路と、
を備える歯牙撮像装置。 - (a)オペレータが操作してその位置を決めるハンドル部と、
(b)ハンドル部から分離可能且つ歯牙近傍に配置可能なプローブ部と、
(c)ハンドル部内、プローブ部内又はその双方にかけて配置された補助光学系と、
を備え、その補助光学系が、
(i)歯牙の反射光撮像に使用される第1波長域の光を発生させる第1光源と、
(ii)蛍光撮像に当たり歯牙の励起に使用される第2波長域の光を発生させる第2光源と、
(iii)前記少なくとも1個の光源からの光の光路上に設けられ、前記少なくとも1個の光源からの光を前記歯牙に入射させる少なくとも1つの偏光器と、
(iv)回送光路上かつ少なくとも1つのセンサの前に配置され、前記歯牙からの像形成光を前記少なくとも1つのセンサに送る検光器と、
(v)歯牙から前記偏光器経由で回送光路に送られてきた偏向状態の光をセンサに送り像を形成するレンズと、
(vi)回送光路上で第2波長領域の光を減衰させるロングパスフィルタと、
(vii)センサを作動させて蛍光像又は反射光像の画像データを取得しその像のライブ動画表示又は静止画キャプチャを可能にする論理制御回路と、
を有する歯牙撮像装置。 - 前記光源と歯牙の間に設けられ前記光源からの光を歯牙表面に合焦させる視野レンズと、
歯牙表面にそれぞれマーカー像を形成するための光を前記視野レンズに送る第3及び第4の光源と、
を備え、
前記論理制御回路は、前記第3の光源により形成されたマーカー像と前記第4の光源により形成されたマーカー像とが重なったことを検出したときに、前記センサを作動させて反射光像又は蛍光像の画像データを取得する、ことを特徴とする請求項1又は2に記載の歯牙撮像装置。
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