JP6892772B2 - 歯垢検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、歯に光を照射して、歯と歯に付着した歯垢から発生する蛍光の強度を測定し、測定した蛍光強度に基づいて歯垢の付着を判断する歯垢検査装置に関する。

従来、歯に光を照射して、その反射光に基づいて歯に付着した歯垢の付着状態（量）を簡単に定量的に検知できるようにする、歯垢の検査装置が知られている。歯に光を照射する照射部と、その反射光を受光する受光部を歯の直近に備え、反射光に基づいて歯垢の状態を検知する検知手段を備えており、検知手段では、反射光の波長分布を検出することにより、歯垢の付着状態（量）を検知することが提案されている。（例えば、特許文献１参照）。

また、歯の表面上の生物的沈着物を検出する装置として、歯が自己蛍光発光する光を照射して、その蛍光発光の強度を清浄な歯の表面からの自己蛍光発光の強度と比較することで沈着物の量と関連づける歯ブラシが提案されている。歯への光の照射と歯からの自己蛍光発光はライトガイドにより導かれる構造となっており、ライトガイドの表面（端面）を歯表面近くに設置する構造が提案されている。（例えば、特許文献２参照）。

特開２００３−２１０４９７号公報（第１頁、図１） 特開２００２−５１５２７６号公報（第１頁、図１）

しかし、上記に記載された従来の歯垢の検査装置または蛍光手段を備えた歯ブラシにおいて、歯に付着した歯垢あるいは生物的沈着物の付着状態（量）を検出する方法では、受光部や照射光や蛍光発光を導くライトガイドの表面を歯の表面の近くに設置する必要があるため、受光部やライトガイドの表面に歯垢や生物的沈着物が付着することがある。よって、歯に光を照射した際に、歯に付着している歯垢や生物的沈着物からの反射光や蛍光発光であるのか、受光部やライトガイドの表面に付着した歯垢や生物的沈着物からの光であるのかを判断することができず、歯に付着した歯垢や生物的沈着物の付着状態（量）を正確に検出することができなかった。

また、受光部やライトガイド表面に歯垢や生物的沈着物が付着した量が少量であった場合は、目視による付着の有無の確認が困難となり、検査作業を行う度に受光部やライトガイドの表面を常に洗浄する必要があり、検査する際の作業が煩雑であった。

本発明の歯垢検査装置は、従来の課題を解決すべく創案されたものであり、歯に付着した歯垢を歯の表面近くに設置した受光部やライトガイドの表面にて高精度に検出することが可能な歯垢検査装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の歯垢検査装置は、下記の構成を採用する。

歯に照射光を照射して、歯から発生する第１の蛍光の強度に基づいて、歯に付着した歯垢の状態を検出する歯垢検査装置であって、照射光を発光する発光部と、照射光及び第１の蛍光を伝達する導波路と、導波路の先端にあって、導波路を伝達し照射光を出射する出射部と第１の蛍光が入射する検出部を兼ねた光ヘッド部と、導波路を介して照射された第１の蛍光の強度を検出する受光部と、受光部にて検出された第１の蛍光の強度に基づいて信号処理を行い、かつ発光部を制御する制御部とを有し、制御部は、光ヘッド部への歯垢の付着状態を判断し、光ヘッド部に前記歯垢の付着が検出された場合、連続して照射光を発光するように、又は、歯に付着した歯垢を検出する際よりも強い照射光を発光するように、発光部を制御して光ヘッド部に付着した歯垢に照射光を照射させ、光ヘッド部に付着した歯垢から発せられた第２の蛍光の強度の光退色による時間的な変化を検知することを特徴としている。

制御部は、第２の蛍光の強度を記憶するための記憶部を備え、第２の蛍光の強度に基づいて、第２の蛍光の強度の変化を検知することを特徴としている。

光ヘッド部に付着した第２の蛍光の強度が所定の値より小さくなるのを検知するまで、光ヘッド部に付着した歯垢に照射光を照射することを特徴としている。

照射光は、３８０ｎｍ〜４４０ｎｍの波長帯域であることを特徴としている。
また、受光部は、第１の波長帯域の蛍光と第２の波長帯域の蛍光を検出し、第１の波長帯域は、６２５ｎｍ〜６５５ｎｍの波長帯域であり、第２の波長帯域は、５８０ｎｍ〜６２０ｎｍの波長帯域であり、検出された前記第２の蛍光の前記第１の波長帯域における強度と第２の波長帯域における強度との差を記憶部に記憶することを特徴としている。

本発明の歯垢検査装置を用いることで、歯の表面の近くに設置した検出部に歯垢が付着してしまった場合においても、正確に歯に付着した歯垢の付着状態を検出することができ、良好な作業性で効率的に歯垢を検査することができる。

本発明の歯垢検査装置の内部の構成を示すブロック構成図である。 本発明の歯垢検査装置において歯に付着した歯垢の検出を行う際に得られる蛍光発光の特性を示したスペクトル図である。 本発明の歯垢検査装置において光ヘッド部に付着した歯垢の検出を行う際の状態を示す構成図と、光ヘッド部に付着した歯垢の検出を行う際に得られる蛍光発光の特性を示したスペクトル図である。 本発明の歯垢検査装置において光ヘッド部に付着した歯垢に対し、発光部の制御について説明するスペクトル図である。

以下、図面を用いて本発明の歯垢検査装置について説明する。ただし、本発明の技術的範囲はそれらの実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ。

図１は、本発明の歯垢検査装置の内部の構成を示すブロック構成図である。

本発明の歯垢検査装置１００は、図１に示すように、発光部３と第１受光部８と第２受光部９と、発光部３の照射光を規定した方向に反射する反射ミラー７と発光部３の照射光を伝達する光ファイバーのような導波路４と、歯垢からの検出光を第１受光部８と第２受光部９に伝達する導波路４と同様な導波路５と、第１受光部８と第２受光部９が検出した信号を演算処理する演算部２１と、演算した情報を記憶する記憶部２２と、発光部３を制御する信号を出力する制御部２０と、これら設置された電子部品を動作させるための電源部２３から構成されている。導波路４には、発光部３から伝達された照射光を照射する照
射部と、歯垢からの検出光を入射する検出部を兼ねた光ヘッド部６を備え、光ヘッド部６は、歯１や歯１に付着した歯垢２に近接する位置に設置可能な構造となっている。

よって、発光部３の光は反射ミラー７を反射し、導波路４から光ヘッド部６を介して歯１や歯垢２に照射される。また歯１や歯垢２の蛍光または反射光は光ヘッド部６から入射し、導波路４と反射ミラー７と導波路５を介して第１受光部８と第２受光部９に照射されることにより、歯垢２の検出を可能とすることができる。

発光部３は、歯垢を検出する際に光を照射させるものであり、ＬＥＤ光源やレーザー光源であっても良い。また照射する光の波長は、歯垢に含まれる成分が光を吸収し、蛍光反応を示す帯域の波長（例えば、３８０ｎｍ〜４４０ｎｍ程度）であることが望ましい。

また、第１受光部８は、歯垢から発せられた蛍光の蛍光ピークを示す波長帯域（例えば、６２５ｎｍ〜６５５ｎｍ程度）の強度を検出できる受光素子（例えば、フォトダイオード）、第２受光部９は、歯垢から発せられた蛍光の蛍光ピークを示す波長帯域よりも短い波長帯域（例えば、５８０ｎｍ〜６２０ｎｍ程度）の強度を検出できる受光素子（例えば、フォトダイオード）とすることが望ましいが、撮像素子（例えば、ＣＭＯＳ素子）によって歯垢から発せられた蛍光の色の違いによって歯垢の有無を識別してもよい。

さらに、反射ミラー７は、例えば、ダイクロイックミラーのような特定の波長の光を反射し、その他の波長の光を透過するものであることが望ましく、本実施形態で説明する波長帯域の照射光を使用する場合は、例えば、５００ｎｍ未満を反射し、５００ｎｍ以上を透過する反射ミラーを使うことができるが、使用する反射ミラーの波長特性は上記に示した波長特性に限定されるものではない。
制御部２０は、第１受光部８と第２受光部９にて検出した蛍光強度を比較し、比較した蛍光強度の結果から発光部３の照射時間を制御することが可能となっている。

図１に示した歯垢検査装置１００では、発光部３から光ヘッド部６への照射光の伝達と、光ヘッド部６から反射ミラー７までの検出光の伝達を同じ導波路４を介して行う同軸伝送を措定して図示しているが、本実施形態は一例であり、照射光を伝達する導波路と、検出光を伝達する導波路を別体とした構成や、導波路４を使用せずに光ヘッド部６の先端に発光部３と第１受光部８、第２受光部９とを配置した構成としても構わない。

次に、図１、図２及び図３を用いて、本発明の歯垢検査装置１００にて歯垢２の検出と、発光部３の制御について説明する。

図２は、歯１に付着した歯垢２の検出を行う際に得られる蛍光発光の特性を示したスペクトル図であり、縦軸は蛍光強度の相対値（無次元量）を、横軸は波長（ｎｍ）を示す。図２は、光ヘッド部６が歯１の表面部、または歯間部、さらには歯１と歯肉の境界部に当接、もしくは、その近傍に位置するように口内に挿入して使用することを前提として説明する。図３（ａ）は、本発明の歯垢検査装置１００にて光ヘッド部６に付着した歯垢２の検出を行う際の状態を示す構成図であり、図３（ｂ）は、光ヘッド部６に付着した歯垢２の検出を行う際に得られる蛍光発光の特性を示したスペクトル図である。また、図２及び図３（ｂ）に示した蛍光発光の特性を示したスペクトル図は、光ヘッド部６における照射光の強度が約４．３５ｍＷの際の波長特性である。さらに、図３は、光ヘッド部６が口外に出ている状態を前提として説明する。光ヘッド部６が口内に挿入されている状態と、口外に出ている状態の判断は、本発明の歯垢検査装置１００の使用者が自ら判断する方法と、歯垢検査装置１００が自動的に判断する方法のどちらでも構わない。

まず、図１及び図２を用いて本発明の歯垢検査装置１００にて歯１に付着した歯垢２の
検出と発光部３の制御について説明する。前述したように、歯１に付着した歯垢２の検出は、光ヘッド部６が口内に挿入されている状態のときに行うものとする。

発光部３の照射光（例えば、３８０ｎｍ〜４４０ｎｍ程度）は反射ミラー７を介し、導波路４を伝達し、光ヘッド部６から歯１に付着した歯垢２に照射される。歯垢２は照射光を吸収することで励起反応を起こし、図２に示す光学特性を持った検出光３０を蛍光発光する。蛍光発光した検出光３０は光ヘッド部６から入射し、導波路４と反射ミラー７と導波路５により伝達され、第１受光部８と第２受光部９に照射される。第１受光部８と第２受光部９では照射された光は強度に応じて電気信号に変換され、電気信号を制御部２０に伝送する。第１受光部８は、歯垢から発せられた蛍光の蛍光ピークを示す波長帯域である第１の波長帯域４１（例えば、６２５ｎｍ〜６５５ｎｍ）のみの光強度を検出できる受光素子としており、また、第２受光部９は、第１の波長帯域よりも短波長の帯域である第２の波長帯域４２（例えば、５８０ｎｍ〜６２０ｎｍ）のみの光強度を検出できる受光素子としており、受光部８と受光部９からの電気信号を制御部２０の演算部２１にて演算することにより、歯垢の付着状態を判断する。

次に、図３を用いて本発明の歯垢検査装置１００にて光ヘッド部６に歯垢２が付着した状態における検出と発光部３の制御について説明する。前述したように、光ヘッド部６に歯垢２が付着した状態における検出は、光ヘッド部６が口外に出ている状態のときに行うものとする。

発光部３から光ヘッド部６までの照射光の伝達は図２の説明と同様である。光ヘッド部６に到達した照射光は、光ヘッド部６に付着した歯垢２に照射され、歯垢２は光を吸収することで励起反応を起こし、図２と同様に図３（ｂ）のように蛍光発光する。蛍光発光した検出光３２は図２の説明と同様に、第１受光部８と第２受光部９に照射され、第１受光部８は第１の波長帯域４１の光強度、第２受光部９は第２の波長帯域４２の光強度を電気信号に変換し、電気信号を制御部２０の演算部２１にて演算することにより、歯垢の付着状態を判断する。

歯垢の付着状態を判断方法として、例えば、第１受光部８において検出された第１の波長帯域４１の蛍光強度を蛍光強度Ｐ１とし、また第２受光部９において検出された第２の波長帯域４２の蛍光強度を蛍光強度Ｐ２とし、光ヘッド部６に付着した歯垢２の蛍光強度Ｐを蛍光強度Ｐ１と蛍光強度Ｐ２の差（Ｐ＝Ｐ１−Ｐ２）として演算部２１にて求めることができる。この蛍光強度Ｐは、記憶部２２で記憶される。上記に示す蛍光強度Ｐ１は、第１の波長帯域４１における蛍光強度の最大値、蛍光強度Ｐ２は、第２の波長帯域４２における蛍光強度の最小値とすることで蛍光強度Ｐを求めることができる。また、付着した歯垢の蛍光強度がある程度減衰したことが分かればよいので、蛍光強度Ｐ１と蛍光強度Ｐ２の設定の仕方については、第１の波長帯域４１と第２の波長帯域４２における所定の波長（例えば範囲の中央値）での蛍光強度の値を用いたり、付着した歯垢の蛍光強度として蛍光強度Ｐ１の積分値を求めてその値の変化を検知したりしてもよく、これに限られるものではない。さらに、本実施形態で示した歯垢２の付着状態を判断する方法は一例であり、演算方法はこれに限られるものではない。

次に図４を用いて、本発明における歯垢検査装置の口外において光ヘッド部６に歯垢の付着が検出された際の発光部３の制御について説明する。

図４は、光ヘッド部６に付着した歯垢２に対し、照射光を照射した直後の蛍光発光の波長特性を示した検出光３２と、一定時間照射光を照射した後の蛍光発光の波長特性を示した検出光３４のスペクトル図である。検出光３４に示した蛍光発光の特性のスペクトルは、検出光３２を検出したときと同じ強度（光ヘッド部６において約４．３５ｍＷ）の照射
光を１０秒間照射した後の波長特性である。

まず図４に示すように、口外において光ヘッド部６に歯垢２が付着していた場合、図３（ｂ）にて示した検出光３２のスペクトルが得られ、光ヘッド部６に付着した歯垢２の蛍光強度Ｐが、演算部２１にて求まる。また、このときの蛍光強度Ｐは記憶部２２に記憶される。

次に、制御部２０は発光部３に対し、連続して照射光が発光するよう制御を行う。照射光は光ヘッド部６の歯垢２に連続して照射され、歯垢２に含まれる蛍光物質（例えばプロトポルフィリン）は、長時間照射光に晒されることにより多くの光のエネルギーを吸収し、光退色を起こす。図４に示した検出光３４は、照射光を歯垢２に１０秒間照射した後の蛍光発光の波長特性のスペクトルであり、検出光３２の第１受光部８にて検出した蛍光強度Ｐ１は光退色により減少することで蛍光強度Ｐ１′となり、第２受光部９にて検出する蛍光強度Ｐ２′の強度に近づき、やがて蛍光強度Ｐ２′より強度は小さくなる。

蛍光物質が光のエネルギーを吸収し、光退色する現象は、蛍光物質を励起する照射光に長期間晒された場合、あるいは強い照射光に晒された場合に発生する現象であり、本実施形態に示した照射時間により光退色させる手段以外に、単位面積あたりの光のエネルギーを高くすることで、より多くの光のエネルギーを蛍光物質に吸収させる手段も有効である。強い照射光を照射する場合は、例えば、制御部２０に発光部３の照射光の出力を制御する機能を加え、制御部２０にて制御を行ってもよいが、強い照射光を得る手段はこれに限られるものではない。また、それら手段を組み合わせることも有効であり、一つに限定されるものではない。

制御部２０の発光部３に対する連続照射の制御は、第１受光部８が検出する蛍光強度Ｐ１′の検出光の強度が、第２受光部９が検出する蛍光強度Ｐ２′の検出光の強度よりも小さくなるまで継続する。つまり、演算部２１は、蛍光強度Ｐ（Ｐ＝Ｐ１′−Ｐ２′）を算出し、蛍光強度Ｐの値を記憶部２２に記憶することによって、歯垢から発せられた蛍光強度の変化を検知することができる。そして、制御部２０は、記憶された蛍光強度Ｐの値が、例えば所定の値としてゼロより小さくなったことにより、歯垢から発せられた蛍光が検出されなくなったと判定する。このように歯垢から発せられた蛍光が検出されなくなるまで、発光部は、歯垢に光を照射する。上記に示した歯垢に含まれる蛍光物質は不可逆的に光退色するものであり、光退色した蛍光物質が再度蛍光発光することはない。

口外における光ヘッド部６への歯垢２の付着の確認は、本発明の歯垢検査装置１００を使用する際に装置を起動させたときや、歯１に付着した歯垢２を確認している最中に口内から口外へ光ヘッド部６を出したときに行うことものとし、使用者が自ら行う他、口内から口外へ光ヘッド部６を出した動作を検出し、自動的に行ってもよい。

このように、本実施形態による歯垢検査装置１００は、光ヘッド部６に付着した歯垢２の蛍光発光を減衰させることにより、光ヘッド部６に歯垢が付着した状態においても、歯に付着した歯垢を誤検出することなく確認することができ、また、歯に付着した歯垢の付着状態（量）を正確に検出することができる装置である。

なお、上述した本実施形態の歯垢検査装置１００の構造は本発明の一例である。このため、各光学系部材の設置位置、設置方法、導波路や光ヘッド部の形状は上述の実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外であっても、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。

１ 歯
２ 歯垢
３ 発光部
６ 光ヘッド部
８ 第１受光部
９ 第２受光部
２０ 制御部
３０、３２、３４ 検出光
４１ 第１の波長帯域
４２ 第２の波長帯域
１００ 歯垢検査装置

Claims (5)

1. 歯に照射光を照射して、前記歯から発生する第１の蛍光の強度に基づいて、前記歯に付着した歯垢の状態を検出する歯垢検査装置であって、
   前記照射光を発光する発光部と、
   前記照射光及び前記第１の蛍光を伝達する導波路と、
   前記導波路の先端にあって、前記導波路を伝達し前記照射光を出射する出射部と前記第１の蛍光が入射する検出部を兼ねた光ヘッド部と、
   前記導波路を介して照射された前記第１の蛍光の強度を検出する受光部と、
   前記受光部にて検出された前記第１の蛍光の強度に基づいて信号処理を行い、かつ前記発光部を制御する制御部とを有し、
   前記制御部は、前記歯垢検査装置が口外にある状態で、前記光ヘッド部に前記歯垢が付着したか否かを判断し、前記光ヘッド部に前記歯垢の付着が検出された場合、連続して前記照射光を発光するように、又は、前記歯に付着した前記歯垢を検出する際よりも強い前記照射光を発光するように、前記発光部を制御して前記光ヘッド部に付着した前記歯垢に前記照射光を照射させ、前記光ヘッド部に付着した前記歯垢から発せられた第２の蛍光の強度の光退色による時間的な変化を検知する
   ことを特徴とする歯垢検査装置。
2. 前記制御部は、前記第２の蛍光の強度を記憶するための記憶部を備え、前記第２の蛍光の強度に基づいて、前記第２の蛍光の強度の変化を検知する
   ことを特徴とする請求項１に記載の歯垢検査装置。
3. 前記光ヘッド部に付着した前記第２の蛍光の強度が所定の値より小さくなるのを検知するまで、前記光ヘッド部に付着した前記歯垢に前記照射光を照射する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の歯垢検査装置。
4. 前記照射光は、３８０ｎｍ〜４４０ｎｍの波長帯域である
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の歯垢検査装置。
5. 前記受光部は、第１の波長帯域の蛍光と第２の波長帯域の蛍光を検出し、前記第１の波長帯域は、６２５ｎｍ〜６５５ｎｍの波長帯域であり、前記第２の波長帯域は、５８０ｎｍ〜６２０ｎｍの波長帯域であり、
   検出された前記第２の蛍光の前記第１の波長帯域における強度と前記第２の波長帯域における強度との差を前記記憶部に記憶する
   ことを特徴とする請求項２に記載の歯垢検査装置。
   

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