KR20080090415A

KR20080090415A - 적외선 치아 촬영

Info

Publication number: KR20080090415A
Application number: KR1020087016642A
Authority: KR
Inventors: 피터 에스 러블리
Original assignee: 피터 에스 러블리
Priority date: 2005-12-08
Filing date: 2006-12-08
Publication date: 2008-10-08
Also published as: BRPI0619485A2; EP1968480B1; US8556625B2; WO2007067776A1; US20140186791A1; CA2632557A1; RU2008127230A; US20160345836A1; US9414750B2; JP2009518139A; EP1968480A1; US20070134615A1; CA2632557C; CN101365397A; CN101365397B; EP1968480A4

Abstract

치아 촬영 시스템들은 적어도 하나의 치아의 일부분에 걸쳐 하나 또는 그 이상의 질의 빔을 주사하고 빛의 산란, 흡수, 또는 상기 질의 빔과 치아 내부의 상호 작용과 연관된 치아 조절 광속을 생성하는 광학 스캐너를 포함한다. 상기 치아 조절 광속은 검출되고 처리되어 상기 치아에 관련된 사진 정보를 생성한다. 800nm 내지1800nm 사이의 질의 파장은 탈염화 또는 다른 결점을 진단하고 평가하는데 적합한 영상들을 제공하는데 이용될 수 있다. 하나 또는 그 이상의 파장에서 질의 빔이 이용될 수 있다. 다중 검출기들은 다른 파장들에서의 치아 조절 광속과 다른 방향이나 다른 위치에서의 치아 조절 광속을 수신하도록 배치될 수 있다. 치아에 또는 치아 상에 마커들은 깊이를 결정하기 위해 이용될 수 있다. 상기 치아와의 굴절률 정합은 영상의 품질을 향상시킬 수 있다.

Description

적외선 치아 촬영{Infrared dental imaging}

본 출원은 2005년 12월 8일에 제출된, 미국 임시 출원 제60/748,809호의 이익을 주장하며, 그것의 전체 개시내용은 본원에 참조로서 포함된다.

본 발명은 평가와 치료를 위한 치아의 사진을 생성하는 적외선을 이용한 방법 및 장치를 포함한다.

엑스 레이(X-ray) 영상은 치아 내부에 대한 정보를 보여주기 때문에, 그것은 치과 의술에서 유용하다. 이것은 치아 조직의 충치 또는 보이드(voids)를 포함하며, 또한 상기 조직의 무기질 성분(mineral contents)이 제거되고 상기 조직이 다공성(porous)이 되는, 일반적으로 상기 치아와 접촉하는 산(acid)의 결과로서의, 탈염 부분(demineralized area)을 포함한다.

엑스 레이 영상은 공동화되거나 탈염된 부분들이 주변 조직보다 엑스 레이가 더 잘 투과하므로, 소스(source)에서 방사되는 더 높은 세기의 엑스 레이를 전달하며, 공동화되거나 탈염된 부분을 차단하지 않는 경로를 따라 오는 방사에 의해 형성되는 노출보다 사진 필름(photographic film)이나 전자 영상 장치에 더 많은 노출을 발생시킨다. 엑스 레이는 치아를 통해 거의 직선으로 이동하기 때문에, 영상은 렌즈로 촛점을 맞추는 것이 아니라 엑스 레이의 매우 작은 소스를 이용함으로써 일반적으로 이루어지므로, 점차 변하는 음영(graded shadow)이 상기 필름 또는 전자 검출기 상에 만들어진다. 상기 소스의 크기는 상기 영상이 뚜렷하거나 흐릿한 정도를 결정할 수 있다.

엑스 레이 영상은 몇 가지 단점이 있다. 엑스 레이는 살아있는 조직의 분자를 이온화시켜서 위험하다. 충치 영역이 속이 비어 있을 때, 이것은 완전히 투명하지만 증가된 투과성이나 감소된 감쇠(attenuation)을 갖는 작은 충치 볼륨(carious volume)은 전달된 방사(radiation)의 세기에서 작은 부분적인 변화만을 만들기 때문에, 작은 충치들의 엑스 레이 영상에서 콘트라스트(contrast)는 약하다. 이것의 단점에도 불구하고 치간 충치(interproximal caries)(치아 측면에서의)가 종종 발견되는데, 이는 이들 충치로부터의 엑스 레이가 치아의 에지(edge) 부근의 상대적으로 작은 부분을 통해 나오기 때문이다. 씹는 면(biting surface)이 일반적으로 넓고 평평하기 때문에, 교합 충치(occlusal caries)(어금니들의 씹는 면 위 또는 바로 아래)는 전혀 보여 지지 않을 수 있으며, 따라서 상기 엑스 레이는 꽤 불투명한 많은 부분들을 통해 전달되며, 충치들에 의한 부분적인 변화가 작기 때문이다. 어금니들의 씹는 면들을 수직으로 보는 것에 의해 교합 충치의 측부 정도를 관찰하는데 가치가 있지만, 엑스 레이는 치아들의 측면에만 이용되는 것이 일반적일 수 있다(환자의 머리가 위를 향할 때에는 수평으로 가로지르게 됨). 엑스 레이가 수직으로 이용되어도, 치아 조직을 통과하는 긴 거리 때문에 불투명도(opacity)는 교합 충치의 측면 정도를 보는데 상기 기하학적으로 구조에서 비효율적일 수 있다.

충치들의 검색뿐만 아니라, 특히 오래된 필링(filling)을 교체하거나 또 다른 인레이(inlay)(틈이 없다면 적용되나 틈이 있다면 문제가 되는)을 사용할 것인지 크라운(crown)을 사용할지(크랙(crack)이 있다면 제안됨)를 결정할 때, 치과의사들은 치아에 있어서 크랙을 검출하는 것이 필요하다. 그러나, 엑스 레이 기술은 크랙을 검출하는데 신뢰성이 없다. 크랙은 상기 빔(beam)과 정렬된다면 보이지만, 정렬되지 않으면 보이지 않는다. 치아 이상(dental anomalies)을 검출하는데 가시광선이 이용되는 시도가 있었다. 그러나, 엑스 레이와 달리, 가시광선은 치아 에나멜(dental enamel) 또는 상이질(dentin)의 일반적인 두께를 직접 투과하지 못하지만, 모든 방향으로 무작위로 산란된다. 이것은 치아들을 우유빛(milky white)으로 보이게 하며, 상기 산란은 빛을 흐릿하게 하기 때문에, 깊은 이상(anomalies)의 검출을 방해한다. 가시광 파장의 빛으로 만들어진 디지털 영상들을 기록하는 제품은 엑스 레이와 비교하여 치간 리젼(interproximal lesions)을 검출하고 기술하는데 비효률적이다. 예를 들면, 영 앤 패더스톤(Young and Featherstone), "디지털 영상 광섬유 투조, 에프-스피드 방사선투과 필름, 및 편광 마이크로스코프의 비교(Comparing digital imaging fiber-optic transillumination, F-speed radiographic film, and polarized light microscopy), 충치의 조기 발견.III: 제6회 인디에나 컨퍼런스 회보, 지. 케이. 스투케이,(in Early Detection of Dental Caries.III:Proceedings of the 6th Annual Indiana Conference, G.K. Stookey, ed.(2003))을 참조하라.

상기 제품은 치아의 표면 위 또는 부근의 이상들을 발견할 수 있을 뿐이며, 치료상에 중요한, 그것들의 깊이나 그것들이 에나멜을 뚫었는지 상아질을 뚫었는지 결정할 수 없다.

치아 에나멜은 가시광선보다 적외선에 더 잘 투과되므로 적외선 영상은 엑스 레이 및 가시광선이 갖는 상기 문제점들을 감소시킬 수 있다. 그러나, 적외선 카메라를 사용하는 방법에 부가적인 문제점들이 있다. 본 출원은 상기 문제점들을 설명하며 실용적이며 널리 펴진 적외선 치아 영상의 상업적인 이용에 적합한 방법으로 그것들을 완화시키는 방법 및 장치를 제공한다.

여기서 개시되는 대표적인 치아 촬영 시스템들은 적어도 하나의 치아의 적어도 일부분에 걸쳐서 광학 질의 빔(optical interrogation beam)을 주사하는 질의 광학 스캐너(interrogation optical scanner)를 구비하며, 여기서 상기 광학 질의 빔은 치아 조절 광학 플럭스(dentally modulated optical flux)를 생성하기 위해 상기 적어도 하나의 치아로 실질적으로 투과가능하다. 광학 검출 시스템은 적어도 하나의 치아로부터 수신되는 상기 치아 조절 광학 플럭스에 연관된 검출 신호를 생성하도록 배치되며, 신호 처리기는 상기 검출 신호를 수신하고 상기 검출 신호에 기초한 상기 적어도 하나의 치아에 연관된 위치에 의존하는 사진 정보를 생성하도록 결합된다. 몇몇 예들에서, 상기 신호 처리기는 상기 적어도 하나의 치아 상에 상기 질의 빔의 위치와 연관된 하나 또는 그 이상의 스캐너 신호들을 수신하도록 결합된다. 몇몇 예들에서, 광원은 대략 800nm의 파장에서 또는 대략 800nm보다 더 큰 파장 범위에서 상기 광학 질의 빔을 생성한다. 일반적으로 파장들 또는 파장의 범위가 선택되므로 치아의 내부를 주사할 수 있다. 다른 예들에서, 상기 광학 질의 빔의 파장 범위 또는 상기 파장은 대략 1000nm 내지 1800nm 사이이다. 파장 범위 또는 상기 파장은 대략 1250nm 내지 1350nm 사이이고 대략 1500nm 내지 1600nm 사이이다. 또 다른 예들에 따르면, 상기 광원은 레이저 다이오드 또는 발광 다이오드이다.

대표적인 예들에 따르면, 조절기는 상기 광학 질의 빔에 조절을 인가하고, 여기서 상기 신호 처리기는 상기 인가된 조절을 기초로 상기 위치 의존 사진 정보를 확인한다. 상기 인가된 조절은 상기 질의 빔의 휴지 시간(dwell time)보다 더 크지 않은 주기를 갖는 주기적 조절일 수 있으며, 여기서 상기 휴지 기간은 주사된 방향에서 질의 빔 폭을 상기 빔이 주사된 속도로 나눈 비율이다. 다른 대표적인 예들에서, 상기 인가된 조절은 상기 사진 정보와 연관된 상기 주파수들보다 더 큰 주파수 또는 주위 조명과 같은 간섭 조명과 연관된 주파수들로부터 떨어진 주파수이다.

몇몇 실시예들에 따르면, 광학 필터는 상기 광학 질의 빔과 적어도 하나의 치아의 상호 작용과 연관된 광학적 방사를 상기 검출 시스템에 향하게 하기 위해 상기 검출 시스템에 관하여 배치된다. 다른 예들에서, 상기 광학 검출 시스템은 제1 광학 신호 및 제2 광학 검출 신호 각각을 생성하는 제1 광학 검출기 및 제2 광학 검출기를 구비한다. 또 다른 추가적인 예들에서, 상기 광학 질의 빔은 제1 파장 범위에서 광학 플럭스와 제2 파장 범위에서 광학 플럭스를 포함하며, 상기 제1 광학 검출기와 상기 제2 광학 검출기는 상기 제1 파장 범위 및 상기 제2 파장 범위에서, 각각, 치아 조절 광학 플럭스에 기초한 상기 제1 광학 검출 신호 및 상기 제2 광학 검출 신호를 생성한다.

다른 실시예들에서, 상기 질의 광학 스캐너는 스캔 제어기 및 상기 스캔 제어기에 반응하여 선택적으로 배치되는 출력 단부를 갖는 광학 도파관을 포함하며, 상기 광학 질의 빔은 상기 광학 도파관의 상기 출력 단부를 나오는 광학 방사(optical radiation)에 연관된다. 실시예에서, 상기 광학 도파관은 광섬유이다. 상기 질의 광학 스캐너는 적어도 하나의 스캔 방향을 따라 상기 광학 질의 빔을 주사하는 적어도 하나의 회전가능한 거울을 포함한다.

몇몇 예들에 따르면, 치아 디스플레이 스캐닝 시스템은 디스플레이 표면상에 광학 디스플레이 빔을 향하게 하는 디스플레이 광학 스캐너를 포함한다. 상기 광학 디스플레이 빔의 조절은 치아 조절 광학 플럭스에 연결되는 상기 적어도 하나의 치아의 가사광 영상을 생성하기 위해 선택된다. 상기 광학 디스플레이에 의해 생성되는 상기 치아의 가시광 영상은 적어도 하나의 치아의 표면상에, 또는 상기 적어도 하나의 치아 부근에 배치되는 영상 스크린상에, 또는 다른 위치에 형성될 수 있다. 다른 예들에서, 상기 디스플레이 광학 스캐너와 상기 질의 광학 스캐너는 상기 치아로 전달되는 질의 광학 플럭스와 상기 가시광 영상을 형성하는 디스플레이 플럭스 모두를 수신하는 일반적인 광학 빔에 기초한다. 몇몇 예들에서, 가시광 영상은 디스플레이되며 현재 검출된 치아 조절 광학 플럭스에 기초하지만 다른 예들에서 저장된 영상이 이용된다.

또 다른 예들에서, 광 커플링 장치(light coupling device) 또는 방사 콜랙터(radiation collector)는 상기 광학 검출 시스템에 상기 치아 조절 광학 플럭스를 결합한다. 상기 광학 커플링 장치는 상기 광학 검출 시스템에서 상기 적어도 하나의 치아의 표면을 촬영하도록 배치되는 촬영 광학 시스템을 포함할 수 있으며 또는 상기 광학 검출 시스템에 상기 치아 조절 광학 플럭스를 향하게 하도록 배치되는 도파부(light guide)을 구비할 수 있다. 광학 커플링 장치는 상기 광학 검출 시스템의 일부 또는 분리된 성분일 수 있다.

치아 촬영 장치는 소정의 표면 형태를 갖는 광학적 투과 커플링 표면(optically transmissive coupling surface)과, 상기 커플링 표면과 광학적으로 소통하는 광학적 투과 정합 재료(optically transmissive conformable material)을 구비하며 상기 정합 재료는 치아 표면에 맞는다. 대표적인 예들에서, 상기 커플링 표면은 상기 정합 재료에 제공된다. 추가적인 예에서, 상기 커플링 표면은 광학 윈도우(optical window)에 제공되며, 상기 정합 재료는 상기 광학 윈도우와 접촉한다. 상기 정합 재료는 유체, 겔, 또는 유동성이 있는 고체, 또는 이들의 혼합일 수 있다. 본 발명의 목적을 위해, "유체(fluid)"는 충분한 압력하에 흐를 수 있지만 단순히 중력하에서는 그것의 형태를 유지하는 겔 또는 다른 재료를 포함할 수 있다. 일반적으로 상기 표면의 소정의 형태는 실질적으로 평면이지만, 다른 형태의 평면일 수 있다. 대표적인 예에 따르면, 상기 정합 재료의 굴절률과 상기 치아의 굴절률의 차이는 상기 치아와 공기 사이의 굴절률 차이보다 작다. 몇몇 예에서, 굴절률 정합 재료는 치아에 인가되어 표면 특징과 연관되는 영상 기여를 감소시키거나 영상 콘트라스트를 향상시킨다.

치아 촬영 방법은 적어도 하나의 치아의 내부에 연결되는 치아 조절 광학 플럭스를 생성하기 위해 상기 적어도 하나의 치아의 적어도 일부분에 질의 빔을 주사하는 단계(scanning)와 상기 치아 조절 광학 플럭스를 처리하고 상기 적어도 하나의 치아의 영상을 획득하는 단계를 구비한다. 몇몇 예에서, 상기 질의 빔은 대략 1000nm 내지 1800nm 상의 파장에서 광학 방사를 이룬다. 추가적인 예들에서, 상기 질의 빔은 상기 치아에 인가되는 유체 또는 겔과 같은 굴절률 정합 재료를 통해 상기 치아로 향하게 된다. 대체적인 실시예에서, 상기 굴절률 정합 재료는 상기 치아 표면에 맞는 고체 재료이다. 몇몇 실시예에서, 상기 치아의 영상은 상기 치아 조절 플럭스에 기초한 상기 치아 부근에서 형성된다. 다른 예들에서, 상기 치아의 영상은 상기 치아의 표면상에 형성된다.

추가적인 방법들에서, 상기 질의 빔을 주사하는 단계는 제1 파장 및 제2 파장에서 제1 질의 빔과 제2 질의 빔을 각각 주사하는 단계를 구비한다. 대응되는 치아 조절 광학 플럭스는 상기 치아의 적어도 하나의 영상에서 형성되도록 처리된다. 몇몇 예들에서, 상기 제1 질의 빔과 상기 제2 질의 빔은 상기 치아 상에 실질적으로 동시에 주사된다. 사용이 편리한 예에서, 일반적인 스캐너로 상기 광학 질의 빔과 상기 디스플레이 빔이 주사된다. 추가적인 예들에서, 적어도 하나의 마커(marker)는 적어도 두 개의 영상을 기초로 한 깊이 표시(depth indication)를 제공하기 위해 치아 표면상 또는 부근에 제공된다.

치아 촬영 시스템은 제1 방향과 제2 방향, 각각에서 보여지는 치아의 내부와 연결되는 적어도 제1 영상과 제2 영상을 생성하는 광학 시스템과 상기 치아의 표면에 배치되며 상기 제1 영상 및 제2 영상에 기초한 깊이 표시를 제공하기 위해 위치되는 적어도 하나의 마커(marker)를 구비한다. 몇몇 예에서, 상기 적어도 하나의 마커는 치아의 표면상에 제공된다. 다른 예에서, 상기 적어도 하나의 마커는 광 커플링 장치상에 제공된다

상기 예들은 본 발명의 기술의 몇 가지 특징을 나타낸다. 본 발명의 방법들 및 장치들의 상기 특징들 및 다른 특징들은 첨부되는 도면에 관련하여 이하에서 설명된다.

도 1은 치아 내부를 통해 초점이 맞춰진 질의 광학 빔(interrogation optical beam)을 주사(scan)하는 광학 스캐너를 구비하는 치아 영상 시스템을 나타내는 도식도이다.

도 2는 치아의 내부를 통해 좁게 조준되는(narrow collimated) 광학 빔을 스탠하는 광학 스캐너를 구비하는 치아 영상 시스템을 나타내는 도시도이다.

도 3은 스캔된 질의 빔이 질의 축을 따라 치아의 씹는(biting) 표면으로 향하고 검출기는 상기 질의 축에 평행하지 않는 검출 축(detection axis)을 따라 상기 치아의 측면에 배치되는 치아 영상 시스템을 나타내는 도식도이다.

도 4는 주사된 질의 빔이 치아로 향하고 제1 및 2 검출기들이 두 개의 다른 임의의 검출 위치에 배치되는 치아 영상 시스템을 나타내는 도식도이다.

도 5는 치아 형태에 합치하고 기하학적인 교정을 위한 주사된 빔 어셈블리에 알려진 표면을 제공하는 광학적으로 투과성을 갖는 유연하거나 유동적인 재료를 구 비하는 입력 커플링 장치를 구비하는 치아 영상 시스템을 도시한다.

도 6은 치아 형태에 합치하는 광학적으로 투과성을 갖는 유연하거나 유동적인 재료를 구비하는 입력 커플링 장치(input coupling device)를 구비하는 치아 영상 시스템을 도시한다. 상기 입력 커플링 장치는 상기 치아 형태와 합치하는 굴절률 정합(index-matching) 유체 또는 겔(gel)을 함유하는 유연한 에지들을 갖는 챔버(chamber)를 구비한다.

도 7은 상기 검출기에 치아 조절 광학 플럭스(flux)를 결합하는 것에 영향을 주도록 배치되는 검출기 커플링 장치를 포함하는 치아 영상 시스템을 도시한다.

도 8은 상기 검출된 빔 어셈블리 부근에 배치되는 검출기 및 치아 조절 광속(light flux)을 상기 검출기로 향하기 위해 상기 치아의 먼 쪽에 반사기 또는 산란기(scatterer)를 구비하는 검출기 커플링 장치를 구비하는 치아 영상 시스템을 도시한다.

도 9는 광섬유 스캐너를 포함하는 치아 적외선 사진을 얻기 위한 시스템의 구성도이다.

도 10은 마이크로 전자기계 시스템(micro-electromechanical system)(MEMS) 스캐너를 포함하는 치아의 적외선 사진을 얻기 위한 시스템의 도식도이다.

도 11은 치아의 질의를 위한 일반적인 스캐너와 상기 질의에 기초한 가시적인 영상의 디스플레이를 이용하는 치아 영상 시스템의 도식도이다.

도 12는 검출된 적외선 질의 빔과 카메라에 의해 얻어진 가시 영상과 결합된 사진 정보를 생성하는 치아 영상 시스템의 도식도이다.

도 13은 치아 영상 시스템의 추가적인 대표예의 도식도이다.

상세한 설명에서 사용되는 바와 같이, 문맥에서 명백하게 지시하지 않는 한, 단수 형태 "a", "an", 및 "the"는 복수 형태를 포함한다. 또한, "포함하다(includes)"는 "구비하다(comprise)"를 의미한다. 또한, "연결된(coupled)"은 전기적으로, 전기기계적으로, 또는 광학적으로 결합되거나(connected) 이어진(linked) 것을 의미하며 상기 연관된 아이템들 사이의 중간 성분의 존재를 배제하는 것은 아니다.

설명된 시스템들, 장치, 및 방법들은 특정 방법으로 제한되는 것으로 한정되지 않는다. 대신에, 본 발명은 모든 신규하고 명백하지 않은 특징들과 여러 개시된 실시예들, 그 자체 및 여러 조합들 및 다른 것과의 서브 콤비네이션들의 측면을 타낸다. 개시된 시스템들, 방법들, 및 장치들은 여기의 특정 측면이나 특징이나 조합에 제한되지 않으며, 상기 개시된 시스템들, 방법들, 및 장치들은 하나 또는 그 이상의 특정 장점들이 존재하거나 문제들이 해결되는 것을 요구한다.

상기 개시된 방법들의 몇몇 동작들이 편리한 소개를 위해 특정적이면서 연속된 순서로 설명된다 할지라도, 특정 순서가 이하에서 설명되는 특정 언어에 의해 요구되지 않는다면, 이런 설명의 방식은 재배치로 달성될 수 있다. 예를 들면, 순서적으로 설명된 동작들은 몇몇의 경우에 재배치되거나 동시에 수행될 수 있다. 또한, 간단을 위해, 첨부된 도면들은 상기 개시된 시스템들, 방법들, 및 장치들은 다른 시스템들, 방법들, 및 장치들과 연결되어 이용되는 다양한 방법으로 도시되지 않을 수 있다

광학 스캐너들은 광학적인 조명 흐름(optical illumination flux)을 일반적으로 받으며 목표 표면에 걸쳐 주사된 질의 빔을 제공한다. 일반적으로 질의 빔은 조준되거나 초점이 맞춰지거나 배열되어서 조명된 "스팟(spot)"이 목표 표면에 걸쳐 또는 목표 볼륨(volume)을 통해 주사될 수 있다. 이하에서 언급되듯이, 전형적인 예들에서, 파장 또는 상기 광학적인 질의 빔의 파장이 선택되어 치아로 전송되어서 상기 빔은 상기 치아 볼륨의 일부분을 통해 주사된다. 산란되거나 전송되거나 그렇지 않으면 치아와의 상호작용에 의해 조절되는 광학 질의 빔의 부분들은 치아에 대하여 조절된다. 몇몇 예에서, 광학적인 스캐너는 입력으로서 조준된 빔을 수용하며 추가적인 광학 빔 형성(shaping)이 불필요하지만, 반면에 다른 예들에서, 상기 광학 스캐너는 렌즈들, 거울들, 또는 조준되거나 포커스된 빔을 생성하기 위해 입력 광학 조명 흐름을 처리하는 다른 빔 형성 성분들을 포함하거나, 그렇지 않으면 목표에 조명된 스팟을 제공한다. 레이저, 특히 다이오드 레이저와 같은 공간적으로 간섭성을 갖는 광은 사용하기 좋지만, 발광 다이오드와 같은 다른 광원(light sources)도 이용될 수 있다. 광학 스캐너들은 검류계(galvanometers), 회전 다각 거울(rotating polyhonal mirrors), 전자 광학(electro-optic) 또는 음향 광학(acousto-optic) 재료들, 또는 다른 형태들의 스캐너들을 이용하여 편리하게 실행될 수 있다. 여기서 설명되는 몇 가지 예들에서, 주사(scanning)는 진동 광학 섬유(vibrating optical fiber)의 공간적인 배치 또는 마이크로 전자기계 시스템(MEMS)을 기초로 한다.

사용하기 편리한 예들에서, 질의 빔은 치아에 주사되고, 치아 조절 방사는 고정된 검출기로 검출되며, 다른 예들에서, 고정된 조명은 치아에 인가되며, 효과적인 검출 영역은 치아에 관하여 주사된다. 전형적으로, 주사된 검출 대신에 주사된 질의 빔에 기초한 시스템들은 노이즈 비율보다 더 높은 신호를 제공한다.

개시되는 예들에서, 치아, 치아의 일부분, 또는 하나 이상의 치아 전체나 부분들과 연관된 영들 또는 사진 정보가 얻어질 수 있다. 여기서는 편리를 위해, "치아(tooth)"는 하나 또는 그 이상의 치아들의 일부분 또는 부분들을 나타낸다.

몇몇 실시예에서, 광학 스캐너는 2차원의 래스터(raster)를 가로지르는 주사된 스팟을 제공한다. 예를 들면, 상기 스팟은 수평으로 상기 목표를 넘어 주기적으로 주사될 수 있으나 각각의 수평 주사 사이에 약간 수직으로 배치될 수 있다. 상기 래스터 주사는 사용하기 편리하나, 다른 예에서 상기 광학 스캐너는 일렬의 원형 아크들(arcs), 나선형, 또는 일렬의 리사쥬(Lissajous) 도형들 또는 다른 패턴들을 가로지르는 주사된 스팟을 제공한다. 전형적으로 상기 광학 스캐너는 상기 주사된 스팟의 일부분에 연관된 하나 도는 그 이상의 주사 신호들을 수신하거나 생성한다. 그러므로, 상기 주사 스팟들에 기초하여, 검출기(또는 복수 개의 검출기에 수신되는 시간의 함수로서의 상기 치아 조절 광학 플럭스의 부분들은 상기 목표 위에, 목표 안에, 또는 목표에서 위치의 함수로서의 수신된 광속(light flux)을 얻기 위해 처리될 수 있다. 위치의 함수로서 수신된 광속의 크기는 영상 또는 영상 신호 또는 사진 정보로 여겨지며 시변 전기 신호(time-varying electrical signal) 또는 태그 이미지 파일 포맷(Tagged Image File Format(TIFF)), 비트맵(bitmap)과 같은 포맷 또는 JPEG와 같은 표준 또는 다른 표준에 기초하거나 다른 데이터 파일 포맷들의 컴퓨터가 읽을 수 있는 데이터로서 제공될 수 있다. 그것은 또한 가시적인 사진(visible picture)로서 제공될 수 있다.

일반적인 응용에서, 주위 조명의 제어는 사용하기 불편하거나, 어렵거나 실용적이지 않을 수 있다. 예를 들면, 하나 이상의 치아의 조사에 요구되는 강확 시스템들의 배치는 환자의 입을 비추고 넓은 방 조명(ample room illumination)을 제공함으로써 용이하게 이루어질 수 있다. 하나 또는 그 이상의 치아의 질의에 연관되지 않은 상기 조명 또는 다른 조명은 광학 필터들을 이용하여 감소, 제거, 또는 억제될 수 있으며 따라서 상기 질의 빔에 연관된 파장들만이 상기 검출 시스템에서 수신될 수 있다. 상기 필터들은 협대역(narrowband) 박막 광학 필터들, 착색된(colored)(흡수(absorbing)) 광학 필터들, 또는 편광 필터들(polarizer filters)일 수 있다. 몇몇 예들에서, 사익 질의 빔은 편광되고, 편광기(polarizer)가 배치되어 하나 또는 그 이상의 치아에 의해 산란되는 상기 질의 빔의 부분들은 상기 검출기에 전달되지만 똑바로 나아가는(산란되지 않은) 질의 빔은 감쇠된다. 일반적으로, 상기 질의 빔은 선형으로 또는 원형으로 편광되며, 편광기는 상기 검출기로 수직 선형 또는 원형 편광을 전달하기 위해 배치된다.

다른 예들에서, 주위 조명 또는 다른 원치 않는 조명의 기여, 또는 조사(investigation) 중에 있는 치아의 특성들과 대응하지 않는 전기 신호들은, 예를 들면, 액정 또는 전자 광 조절기(electro-optic modulator)와 같은 광학 조절기로 상기 질의 빔의 조절을 제공함으로써, 또는 LED 또는 레이저 다이오드(laser diode)에 전기 구동 신호를 조절함으로써 보상되거나 감소될 수 있다. 몇몇 예들에서, 상기 조절은 충분히 큰 주파수에 있으며 따라서 상기 주사된 스팟 위치는 적어도 하나의 조절 주기, 특히, 삼기 주사 빔의 폭으로 나누어지는 치아에서 주사된 빔 속도보다 더 큰 주파수에서 연관된다.

방사, 조명, 광속 등과 같은 용어들은 치아에서 수용되고 입사되는 전자기 복사(electromagnetic radiation)로 이용된다. 상기 전자기 복사는 협대역 주파수 범위(일반적으로 레이저) 또는 상대적으로 광대역일 수 있다. 이하에서 설명하는 대표적인 시스템 예에서, 대략 1290nm 내지 1600nm 사이의 파장에서의 복사(radiation)가 이용된다. 그러나 치아를 투과하는데 적합한 다른 파장이 이용될 수 있다. 몇몇 예에서, 중심 파장은 소스 스팩트럼을 특징지우지만, 몇몇 소스에 대해, 중심 파장과 스팩트럼 대역의 하나 또는 그 이상의 측정이 요구된다. 이들 및 다른 소스들과 파장 범위는 선택되며 상기 질의 광속은 치아의 내부 특징을 나타낼 수 있다.

근적외 투조(transillumination) 촬영(imaging)을 포함하여, 치과 진단 수단 및 방법들 그리고 공진 도파관은 왈드맨 등(Waldmann et al.)의 PCT 공개 특허 출원 제WO94/20011호 "치과 진단 장치(Dental Diagnostic Instrument)", 프라이드(Fried)와 존스(Jones)의 PCT 공개 특허 출원 제WO2005/013843호 "조기 치과 충치의 화상 진찰을 위한 적외선 투조(Near-Infrared Transillumination for the Imaging of Early Dental Decay)", 및 세이블(Seibel)과 퍼네스(Furness)의 미국 특허 제6,294,775호 "주사된 공진 도파관을 이용한 축소된 이미지 획득(Miniature Image Acquisition System Using a Scanned Resonant Waveguide)"에 상세하게 설명되어 있으며, 이들 모두는 본 출원에 참조로서 포함된다.

가시광선 보다 실질적으로 더 큰 파장, 예를 들면, 1310 나노미터의 파장을 갖는 적외선은 엑스 레이와 가시광선 이상의 장점을 갖는다. 그것은 높은 콘트라스트를 갖는 치간 레젼을 나타낼 수 있으며, 또는 엑스 레이의 해로운 이온화 방사에 노출됨이 없이 어금니의 수직 조망(vertical view)을 갖는 교합 레젼의 형태나 정도를 나타낸다. 예를 들어, 존 외(Jones et al), "초기 치과 충치의 촬영을 위한 1310nm에서의 근적외 투조(Near-infrared transillumination at 1310-nm for the imaging of early dental decay)" 옵틱스 익스프레서 11:2259(OPTICS EXPRESS 11:2259)(2003년 9월), 그레함 외(Graham et al.), "830-nm 광으로 치간 충치 레젼의 투조(Transillumination of Interproximal Caries Lesions with 830-nm Light)" (in Lasers in Dentistry X), 레크만 외(Rechman et al, eds., Proc. of SPIE, vol.5313(2004)), 및 버레 외(Buhler et al.), "1310-nm에서 근적외선을 갖는 교합 치과 충치 촬영(Imaging of occlusal dental(decay) with near-IR light at 1310-nm" 옵틱스 익스프레스 13:573(2005년 1월)(OPTICS EXPRESS 13:573(January 2005)) 을 참조하라.

적외선은 또한 치아의 크랙을 보여줄 수 있다. 광 산란은 증가하는 파장의 함수로서 급격하게 감소하고 따라서 에나멜은 더 긴 파장에서, 거의 거울과 같이 투명하게 되기 때문에 적외선은 효과적이다. 치아 중심에서, 상아질은, 더 긴 파장에서도 높게 산란하지만, 건강한 에나멜의 투과도는 적외선이 매우 유용하게 될 정 도로 충분하다. 다소의 흡수는 있으며, 이것은 세기를 감소시키지만 산란 경로를 흐릿하게 만들지 않는다. 상기 에나멜의 탈염화 부분은 상기 빔에서 빛을 산란시키고/시키거나 흡수하며, 따라서 엑스 레이로써 더 투과시키고 것이 아니라 그것들은 변하지 않는 에나멜보다 직선에서 더 적은 빛을 투과시킨다. 작은 탈염화 레젼은 엑스 레이 세기보다 전송되는 적외선 세기에서의 부분적인 변화를 더 크게 만들 수 있으며, 특히, 상기 콘트라스트는 상당히 클 수 있다. 이것은 1310nm 광원으로 치아의 한쪽 측면을 주사함으로써, 그리고 사진들의 디스플레이 및/또는 저장을 위한 컴퓨터로 들어가며 디지털화는 전자 신호들로 상기 적외선 광학 영상을 변환시키는 적외선 검출기 배열상에 또 다른 측면으로부터 상기 치아의 영상을 만드는데 렌즈를 이용함으로써 테스트되었다. 13110nm는 사용하기 편리한 파장이지만, 대락 800nm 내지 1800nm 사이의 파장을 가지는 적외선이 또한 이용될 수 있다.

카메라를 기초한 적외선 기술은 훌륭한 진단 가치(diagnostic value)를 가지지만, 상기 기술의 실제적 상업적 잠재성은 장파장 광에 필요한 적외선 검출기 배열이 매우 값비싸다는 사실에 의해 제한된다. 비디오 카메라들 및 디지털 가메라들에 사용되는 실리콘을 기초로 한 CMOS 및 CCD 배열 검출기들은 저렴하지만, 상기 장치들의 민감도는 파장이 대략 1000nm 또는 1100nm 이상으로 증가함에 따라 급격히 감소한다. 1310nm 또는 1550nm와 같은 더 긴 파장에 대해, InGaAs 또는 다른 특정 재료가 필요하며, 상기 배열을 만드는 제조 비용은 높다. 본 발명은 적외선에서 치아의 광학 영상을 만들지 못하고, 배열 검출을 요구하지 않는 전자 사진을 얻기 위한 다른 방법에 기초하는 대표적인 방법 및 장치를 설명한다. 상기 개시된 방법들 및 장치들은 매우 적은 비용으로 이용될 수 있으며, 또한 다른 장점들을 갖는다.

여기서 설명된 예들에서, 위치가 결정된(position-resolved("주사된(scanned)") 조명 및 비구별(less-discriminate) 또는 확산(diffuse) 검출은 위치가 결정된 검출 및 카메라에 기초한 시스템에서 사용되는 비구별 또는 확산 조명 대신에 이용된다. 대표적인 예에서, 하나의 광 검출기가 구비되며 광빔(a beam of light)은 관심이 있는 영역(area), 부피(volume), 또는 다른 부분(region)을 커버하는 패턴으로 치아에 걸쳐 빠르게 주사된다. 검출기는 직접 또는 확산, 산란, 또는 다른 과정에 의해, 상기 치아를 통과하는 빛을 수신하며, 상기 수신된 빛에 기초한 시간 함수인 전기 신호를 생성한다. 상기 치아 상서 주사된 빔의 위치는 또하는 시간 함수(일반적으로 광학 스캐너에 인가되거나 수신되는 다른 신호들 또는 스캔 전압에 기초함)로써 알려지기 때문에, 사익 두 개의 정보를 결합하여 빔 위치 함수로서의 검출기 신호의 표현을 생성한다. 상기 정보는 사진으로 나타내어질 수 있다. 이런 점에서, 광검출기 신호는 그것이 실제로 디스플레이되는지 어떻게 디스플레이되는지 관계없이 "사진 정보"로 변형될 수 있다. 상기 광검출기 신호는 빛이 상기 치아를 통해 상기 소스로부터 상기 광검출기로 보다 효과적으로 결합되는 빔 위치에 대해 높으며, 상기 신호가 더 약하게 결합되는 빔 위치에 대해 낮을 수 있으며; 상기 광검출기가 광원으로 대체되었는지를 확인하면서, 그리고 주사된 빔 어셈블리가 배열 검출기 상에 광학 영상을 생성하는 렌즈를 이용하는 장파장 전자 카메라로 대체되었는지 확인하면서, 이차원 디스플레이를 생성하기 위해 다른 신호에 밝음(lightness) 또는 어두움(darkness)의 다른 정도를 할당할 수 있다.

표면에 걸쳐 빛의 스팟을 주사하는 장치는 종종 "플라잉 스팟 스캐너(flying-spot scanner)"라고 한다. 여기서 설명되는 바와 같이, 상기 빔은 스팟으로 주사되는데, 상기 빔이 스팟을 생성하는 단일 표면에 안착하는 대신에, 상기 치아의 볼륨을 통과하기 때문이다. 상기 빔에서 광학 동력의 다른 부분은 산란되거나 그렇지않으면 그것이 통과하는 상기 치아의 다른 부분들에 의해 차단되며, 다소 복잡할 수 있는 다른 경로들에 의해 광 검출기에 도달한다. 그러나, 결과 사진에서의 각각의 위치는 대응하는 빔 위치에 의해 단순화된 상기 치아의 광학 특성들에 의해 조절되며, 상기 광학 특성들은 상기 치아에서의 국부적인 이상(anomalies)에 의해 영향을 받으며, 따라서 상기 결과 사진은 상기 이상의 유용한 공간적인 지시를 준다. 상기 이상들은 빛의 산란, 흡수, 복굴절, 또는 다른 광학적인 특성들과 연결될 수 있다. 상기 주사된 빔 어셈블리는 어금니의 씹는 표면으로 수직하게 투영될 때, 빛은 상기 에나멜을 투과하고 그것이 산란되는 상아질에 들어가며, 상기 상아질은 빛이 난다. 상기 주사된 빔으로부터의 어떠한 빛도 상기 광검출기에 직접 들어가지 않는다 할지라도, 상기 치아의 측면에서 광검출기는 상기 빛을 검출한다. 상기 빔은 탈염화된 에나멜의 일부분을 차단할 때, 상기 빛은 더 약해질 것이며, 상기 정보는 발생된 상기 사진의 대응되는 부분에서 더 어두운 영역을 디스플레이하는데 이용될 수 있다.

상기 주사된 빔의 몇몇 위치들과 방향들을 위해, 빛은 그것의 대부분을 산란시키는 것을 만나지 않고 상기 치아를 지나갈 수 있다. 예로서, 상기 에지 부그, 치아를 수평으로 지나가는 빛을 고려하면, 그것은 상기 에나멜 내부에만 있으며, 상기 상아질에는 없다. 상기 빔이 치간 탈염화가 없는 영역에 있다면 상기 빔의 산란은 거의 없을 것이다. 이 경우, 상기 소스로부터의 상기 치아의 먼 측부에 상기 검출기를 배치하는 것이 유용하며; 즉, 만약 그것이 다른 곳에 있다면, 상기 치아에서 상기 검출기로 나오는 상기 빛의 적어도 일부분에서 결합하기 위한 몇 개의 추가적인 광 커플링 장치(light coupling device)를 갖는 것이 유용하다. 상기 검출기 신호는 상기 빔 위치에 대해 높을 수 있으나, 상기 빔이 탈염화 영역을 차단할 때 상기 빔에서 산란된 빛 때문에 상기 검출기 신호는 감소될 것이다. 그러나, 대안예로서, 다른 위치에 상기 검출기를 배치해서 그것이 주로 상기 빔에서 산란된 빛을 보고, 직접 투과된 빛을 보지 않는다. 예를 들면, 상기 검출기는 사웁에서 상기 치아를 내려다 볼 수 있거나, 그것이 비스듬히(from some angle) 상기 상아질을 볼 수 있다. 몇몇 대안예에 대해, 상기 빔이 탈염화된 영역을 차단하지 않을 때 상기 신호가 더 낮아지는 것을 기대할 수 있으며, 그것이 있을 때 더 높아지는 것을 기대할 수 있다. 검출기로 빛을 전개하고 결합하는 많은 방법이 있으며, 따라서 상기 빔이 유용한 사진을 생성하기 위해, 산란 또는 흡수를 변경하는 상기 치아에서의 영역을 차단할 때 상기 신호에서 콘트라스트가 있을 것이다.

주사 방법의 실질적인 비용에서의 장점은 이미 설명했으며, 비용은 종래의 카메라를 기초로 한 방법의 몇 가지 단점으로서 지적되었다. 상기 종래의 방법들과 비교하여, 여기서 설명된 상기 주사 방법들은 고비용이 장 파장 빛을 이용하여 치아들로부터 사진을 얻는 일반적인 생각에서 고유하지 않다. 본 출원의 방법들은 종래의 방법들에 실제적이고 비용 효율이 좋은 대안예를 제공한다. 본 출원의 방법들의 추가적인 장점들은 상기 영상의 밝은 부분의 채도(saturation) 또는 클리핑(clipping)의 제거나 감소; 블루밍(blooming) 또는 사진의 어두운 영역(dimmer area)으로 밝은 신호의 누설의 제거 또는 감소; 레이저가 광원으로 이용될 때의 어룩(speckle)의 제거 또는 감소; 상기 스캔 장치의 잠재적으로 작은 크기; 빗나가는 빛을 거부하는 소스 조절을 이용하는 능력; 다중 동시(multi simultaneous) 검출기들의 이용; 그리고 해상도(resolution)를 쉽게 변화시키는 것;을 포함한다. 상기 장점들을 나타내는 대표적인 시스템들이 이하에서 설명된다.

상기 신호가 다른 픽셋들(pixels)에서 읽혀지는 동안 각각의 개별적인 검출기 또는 픽셀을 위한 광전류는 커패시터(capacitor)에 통합되고 저장되기 때문에 상업적인 검출기 배열들은 일반적으로 동적인 범위를 제한한다. (상기 통합(integration) 없이, 상기 신호 대 잡음비(signal-to-noise ratio)는 약하다) 상기 배열 회로는 상기 커패시터에 전압 또는 전하를 제한하기 때문에, 이것은 측정되는 빛이 얼마나 밝은가에 대한 제한을 갖는다. 만약 그것이 너무 밝다면, 상기 커패시터는 그것의 채도값 이상으로 충전될 것이며, 실제 광 동력 수준은 측정될 수 없다. 그러나 본 발명의 몇몇 예들에서 이용되는 단일 검출기로는, 전하를 저장할 필요가 없으며, 상기 검출기 및 그것에 연관된 전자 회로는 노이즈와 구별되는 가장 약한 신호에 대한 가장 밝은 검출가능한 신호의 극단적으로 큰 비율을 수용할 수 있다. 상기 범위는 대수 증폭기(logarithmic amplifier)와 같은 비선형 전자 회로에 의해 강화될 수 있으며, 출력 전압은 상기 검출기 광전류의 대수에 비 례한다. 연속적인 신호 처리는 디스플레이를 위한 더 작은 유동적인 범위에서 상기 정보를 감소시킬 수 있으며, 또는, 상기 신호의 광범위한 유동 범위에도 불구하고, 상기 사진의 모든 부분들에서 보여지는 상기 치아에서의 특징들을 비교하기 위해, 국부적인 신호들에 의존하는 위치 의존 맵핑(position-dependent mapping) 또는 위색 촬열 맵핑(false-color mapping)을 인가할 수 있다.

상업 검출기 배열들은 종종 "블루밍(blooming)" 현상을 나타내며, 이 현상에서 하나의 픽셀에 밝거나 과포화 광(over-saturating light) 레벨을 인가로 인해 픽셀들 부근으로 신호가 누설될 수 있으며, 따라서 상기 결과 사진은 그것의 실제 경계를 넘어 퍼지는 밝은 스팟을 나타내며, 상기 사진의 거의 어두운 부분을 관찰할 수 있다. 이것은 본 출원의 방법으로 피할 수 있는데, 상기 검출기와 연결되는 전자 회로가 쉽게 만들어질 수 있으므로 그것은 포화되지 않으며, 또는 그것이 포화되어도 그것은 매우 빠르게 회복되며, 상기 대응 위치들이 꽤 가까운 경우에도 따라서 한 순간(상기 치아의 위치에 대응하는)의 신호는 다른 순간(다른 위치에 대응하는)에서의 신호에 독립적이거나 또는 실질적으로 독립적이기 때문이다. 상기 결과로서, 배열 검출 장치에 의한 것보다 더 넓은 범위의 휘도(brightness) 값에 걸쳐 빠른 측정이 가능하다. 이것은 겹쳐진(crossed) 편광기들과 같은 장치들의 요구를 감소시키며, 카메라 또는 배열 검출기를 사용하는 시스템에서 소스로부터의 직접광(direct light)을 제거하는데 이용된다. 블루밍을 방지하기 위해 편광기들를 제거하는 장점에도 불구하고, 본 출원의 방법과 장치들은 콘트라스트 향상을 위한 편광기들을 이용할 수 있다.

광원으로 다이오드 레이저를 이용하는 것이 편리한데, 상기 소스들은 소정의 파장 범위에서 통신용으로 개발되었으며, 다양한 파장에서 저비용으로 이용이 가능하기 때문이다. 그러나, 레이저가 종래 방법에서 이용된다면, "반점(speckle)"이 있을 것이며, 또는 상기 배열 검출기의 표면에서 복잡한 과립 모양의 다중 경로 간섭 패턴(complex granular multi-path interference pattern)이 있을 수 있으며, 이것은 광학 영상을 조잡하게 만든다. 이것을 피하기 위해, 초발광 다이오드(superluminescent diode)가 이용되며, 파장의 넓은 범위에 걸쳐 그것이 일관되지 않게 방출되는 것을 제외하고 다이오드 레이저와 관계가 있다. 불행하게도, 상기 장치들은 레이저들보다 상당히 가격이 비싸며, 중앙 파장 값의 범위에서 넓게 이용되지 않는다. 본 출원의 방법들이 이용될 때, 상기 광원이 레이저일지라도 반점은 없어지거나 크게 감소한다. 반점 패턴은, 실제로, 상기 검출기의 평면에 존재할 수 있다. 그러나 배열 검출기 가구에서의 개별적인 검출기들과 달리, 상기 검출기는 상기 반점 패턴의 그레인(grain) 크기와 비교해서 크게 만들어진다. 상기 반점 패턴은 상기 빔이 주사됨에 따라 변동되며, 사진 정보에 노이즈를 추가시키며; 그러나 다른 영역들 또는 그레인들의 변동은 서로 적게 관련되어 있어서, 상기 검출기가 상당히 크다면, 상기 검출기에 의해 보여지는 평균 세기의 부분적인 변동은 작게 될 것이다.

상업용 검출기 배열들 및 그것들의 연관된 팩키지들(packages)은 다소 크다. 이에 대비하여, 몇몇 주사 장치들은 매우 작게 만들어질 수 있으며, 따라서 그것들은 인간 공학(ergonomics) 및 적외선을 이용하여 치아의 사진을 촬영하는 시스템의 디자인 측면을 만족시키지 않는다. 본 출원의 모든 시스템들과 장치들이 반드시 작은 것은 아니지만, MEMS에 기초한 거울들과 진동 광섬유를 포함하는 몇몇은 그단적으로 작게 만들어질 수 있다 .

치과는 매우 밝게 빛을 켜고 있으므로 새는 빛(stray light)이 광 검출 시스템이나 장치, 검출기 배열 또는 단일 검출기에 들어갈 수 있다. 이것은 그것이 검출기를 포함시킬 수 있기 때문만이 아니라, 새는 빛이 시간에 따라 변할 수 있기 때문에 문제이다. 예를 들면, 변화는 움직임 및 그림자에 기인하거나 두 배의 파워 라인(power-line) 주파수에서의 강도 조절에 기인할 수 있으며, 이것은 상기 사진에 영향을 미칠 수 있다. 상기 문제를 감소시키는 한가지 방법은 이용되는 광원의 적외선 파장에서 중심이 되는 좁은 스팩트럼 대역을 갖는 검출기의 정면에 필터를 배치하는 것이다. 상기 필터는 레이저 다이오드들 또는 다른 좁은 스팩트럼 폭 적외선 소스들이 이용되는 시스템들에 적합하다. 그러나, 빛의 세기를 조절함으로써 상기 광원을 부호화하고, 검출 후에 전자적으로 또는 디지털적으로 해독하고 복조한다면(demodulate), 상기 필터를 사용하지 않을 수 있다. 예를 들면, 상기 광원을 조절하여 소정의 주파수에서 사인파(sinusoidal) 또는 구형파(square)를 생성하며, 그때 상기 검출기부터의 상기 신호에서 고정 검출(lock-in detection), 협대역 검출(narrow band detection), 또는 위상 민감도 검출(phase sensitive detection)을 한다. 또한, 상기 광원이 켜져 있는 동안에 상기 신호를 측정할 수 있으며, 상기 광원이 꺼져 있는 동안에 획득된 배경 신호를 제거할 수 있다. 상기 조절 주파수가 상기 새는 빛에서 존재하는 조절에서 멀리 떨어져 있고, 매우 높다 면, 이것과 같은 체계는 보다 효율적일 수 있다. 일반적으로, 새는 빛 조절은 대략 1kHz보다 작은 주파수에 주로 있으며, 일반적으로 낮은 차수(order) 고조파(harmonic) 파워 라인 주파수보다 낮으며, 특히 대략 n60 Hz보다 낮으며, 여기서 n은 대략 10보다 작은 정수이다. 고주파 조절 및 검출은 검출기들의 배열로는 어렵거나 불가능하지만, 주사 방법으로 용이하게 실행된다.

두 개 또는 그 이상의 검출기들은 동일한 주사 소스로부터 빛을 동시에 수용할 수 있으며, 이것은 몇가지 장점을 갖는다. 만약 단일 소스 및 검출기가 카메라에 기초한 검출 시스템 또는 위치 결정(position-resolved) 조명 (주사) 시스템으로 이용된다면, 치아의 일부분으로부터 수용된 치아 조절 광학 신호의 크기 또는 콘트라스트가 충분할 것이나, 다른 부분으로부터 상기 신호의 크기 또는 콘트라스트는 매우 낮아 소정의 치아 영상을 얻을 수 없다. 카메라 또는 검출기 배열에 기초한 시스템에서, 상기 문제는 몇개의 광원들에 의해 완화되지만, 상기 두 개의 소스에서 동시 정보를 나누는 것은 불가능하다. 위치-결정 조명을 이용할 때, 하나의 검출기 이상에서 치아 조절 광학 신호(dentally modulated optical signals)는 부분적으로 변하고 보이는 부분에서의 소정의 신호 및/또는 콘트라스트를 생성하는 방식으로 선택되거나 결합될 수 있다. 여기서, "결합하는(combined)"은 무게가 증가하는 것뿐만 아니라, 두 개의 다른 검출기들에서의 상기 신호들 사이의 차이를 이용하는 다른 처리 또는 공제(subtracion)를 의미한다. 다중 검출기들은 치열(row of teeth) 부근에 불안정하게 배치될 수 있으며, 그때 상기 주사된 소스는 움직일 수 있으며 데이터는 상기 치열 영역 또는 각각의 치아를 위한 최적화된 영상을 생 성하도록 결합될 수 있다. 또한, 검출기들은 단순히 위치보다도 파장에 기초하여 구별될 수 있으며, 신호들의 결합(차이를 포함함)은 치야 레젼의 향상된 콘트라스트 및 해상도를 줄 수 있다. 두 개의 다른 파장 또는 파장 영역의 빛은 동시에 주사된 소스에 의해 시작될 수 있으며, 다른 검색기들은 광학 필터를 사용함으로써 다른 파장 대역을 선택할 수 있다.

몇몇 주사 장치들(두 개 축의 MEMS 거울과 공진 광학 필터를 포함하는)은 거의 즉시 그것들의 위치 해상력(resolution)을 변화시킬 수 있으며, 낮은 위치 해상력으로 빠르게 주사하는 것과 더 높은 위치 해상력으로 더 느리게 주사하는 것 사이에 있다. 이것은 사용자(operator)가 낮은 해상력을 이용하여 치아를 빠르게 검검진할 수 있으며, 그것이 느리지만 높은 해상력을 갖는 소정 영역 사진을 기록하는 하는 동안 상기 주사된 소스를 유지할 수 있다는 점에서 잠재적인 장점을 갖는다.

대표적인 검출 방법 및 장치

주사된 빔이 치아에 수직으로 작용한다면, 빛나는 상아질로부터의 빛은 상기 빔이 어느 곳을 목표하던지 그것에 도달하기 때문에 상기 치아의 측면 부근에 매우 작은 검출기를 사용하는 것이 가능하다. 그러나 빛이 치아를 통해 수평으로 투과될 때, 상기 빔의 위치에 대해, 빛은 상아질이나 산란 재질을 만나지 않고 꽤 투명한 에나멜에 직접 도달한다. 이 경우, 치아 뒤에 큰 검출기를 가져서 상기 빛을 차단하거나, 치아와 더 작은 검출기 사이의 광 커플링 장치를 가져서 상기 빛이 치 아를 빠져나가더라도 작은 검출기가 상기 치아를 통과하는 빛의 일부를 수용하는 것이 유용하다. 상기 광 커플링 장치가 가능한 더 작은 검출기는 비용을 절감하는데 바람직하다. 또한, 더 작은 검출기의 감소된 전기 커패시턴스(capacitance)는 상기 검출기와 연관된 전자 증폭기의 성능에 장점을 갖는다. 상기 광 커플링 장치는 상기 치아에서 상기 검출기로 나오는 빛을 전환하는 스캐터링(scattering)을 포함할 수 있으며, 또는 그것은, 광섬유 또는 한 묶음의 광섬유, 또는 표면 부근에서의 코팅이나 굴절률의 변화 때문에 내부 반사 표면을 갖는 강체 도파부에서와 같은 전체 내부 반사 또는 거울 표면을 포함할 수 있다. 그것은 또한 렌즈나 다른 광학 장치로 상기 치아에서 나오는 빛의 영상을 통합하고, 상기 검출기에서 상기 치아의 일부분 또는 전부의 선명하거나 흐릿한 영상을 만든다. 특히, 렌즈, 곡면 반사기, 또는 홀로그래픽(holographic) 광학 요소는 치아보다 더 작은 검출기에서 치아의 축소된 영상을 생성하는 이용될 수 있다. 그렇게 생성된 광학 영상은 상기 시스템에 의해 생성되는 사진과 관계가 없으나, 상기 치아에서 상기 검출기로 광 동력을 결합하려는 목적이 있다. 그러나, 상기 광학 구성은 검출기에 적외선을 결합하여 가시광선 사진을 제공하도록 배열된다.

만약 작은 검출기가 상기 치아의 제한된 부분에서만 오는 빛을 수신할 수 있으며, 상기 주사된 빔의 다른 부분에 대한 신호는 상기 검출기가 배치되는 장소에 의존할 수 있다. 그러므로, 상기 검출기에 균일하게 전체 치아를 결합하는 광 커플링 장치의 사용으로 상기 광 검출 어셈블리의 정확한 배치에 덜 민감한 사진의 품질을 얻을 수 있다. 그러나, 대체적으로, 작은 검출기에 대한 위치 민감도는 가시 도 또는 콘트라스트 또는 이상(anomalies)의 존재와 특성에 대한 다른 단서와 같은, 상기 시스템에서 나오는 정보를 향상시키는데 이용될 수 있다. 성가 향상은 다른 위치로 상기 검출기를 이동시킴으로써, 또는 상기 치아의 여러 관점에서 동시에 몇몇 검출기들을 이용함으로써 이루어진다. 앞에서 설명한 바와 같이, 여러 파장 또는 여러 위치에서 수용된 신호들의 다중 동시 검출은 본 출원의 방법 및 장치의 장점이다. 이런 점에서, 여러 사진들은 다른 파장 또는 다른 검출기 위치와 연관되며 생성된다. 동일한 주사 동작 동안에 얻어진 검출된 신호는 매번 주사된 영역이 적어도 하나의 검출기에서 유용한 신호 레벨을 생성한다. 여러 검출기들로 부터의 사진 정보의 기하학은 상기 빔이 주사되어 결정되기 때문에 동일할 것이다. 움직이는 하나의 검출기에서 연속된 이미지라기보다는, 통상의 스캔 패턴으로 다른 고정된 검출기들에 동시에 기초한 영상들을 획득함으로써, 결과 영상은, 여러 시간에서 다중 영상을 획득할 수 있는 예측할 수 없는 오프셋(offset) 없이, 필요에 따라 겹쳐지거나 결합될 수 있다.

대표적인 주사 방법 및 장치

주사는 여러 방법으로 달성될 수 있다. 만약 주사된 물체가 평평한 표면이라면, 상기 광빔(light beam)은 커다란 원뿔 각을 가질 수 있으며 상기 표면에서 작은 스팟에 초점을 맞출 수 있다. 상기 스팟의 미소(smallness)는 결광 사진의 초점의 샤프니스(sharpness)를 결정하며; 상기 주사된 빔 어셈블리에서 또는 어셈블리로부터 떨어진 표면을 움직이는 것은 상기 표면상의 상기 스팟을 확대하거나 흐릿 하게 하고 상기 공간 해상력을 낮춘다. 3차원적인 치아의 내부에서 여러 깊이에서의 상세함의 검출을 원하기 때문에, 상기 광 빔(light beam)은 좁은 것이 더 바람직하며, 따라서 상기 치아 내부의 가상 평면에서 그것의 횡단면은 상기 평면이 상기 주사된 빔 어셈블리에 인접하는지 이격되는지 관련이 없다. 주사된 빔 어셈블리를 만드는 방법은 제1 거울을 향하는 제1 방향에서 빔을 투사하며, 제2 거울을 향하는 제2 방향에서 그것을 빗나가게 하고, 제3 방향에서 그것을 빗나가게 하는 것이다. 예를 들어 검류계 모터에 의해 적절한 축 주위로 두 개의 거울을 회전시키는 것은 두 개의 방향에서 상기 빔 방향을 주사하는 것이다. 다른 방법은 두 개의 다른 축 주위에서 회전될 수 있는 하나의 거울로 상기 빔을 빗나가게 하는 것이다. 상기 타입의 빔의 편향은 MEMS 기술로 실행되며 저렴하고 매우 간결하다. 예를 들면, 제인 외(Jain et al.), "Electrothermal Micromirror for Endoscopic Optical Coherent Tomography," IEEE J. Selected Topics in Quantum Elect. 10:636-642(2004년 6월)을 참조하라. 이것은 참조로서 본원에 포함된다. 다른 주사 기술은 광섬유에서 나오는 빔을 이용하며, 여기서 상기 광섬유는 캔틸레버(cantilever) 방식의 마운트(mount)를 넘어 투사하는 상기 광섬유의 단부에 장착된다. 상기 마운트는 그때 진동하며 따라서 상기 섬유 단부는 이차원 패턴에서 공진으로 진동한다. 상기 주사 기술은 저렴하고 매우 간결하다. 예를 들면, 세이블(Seibel)과 퍼네스(Furness)의 미국 특허 제6,294,775호 "주사된 공진 도파관을 이용한 축소된 이미지 획득(Miniature Image Acquisition System Using a Scanned Resonant Waveguide)을 참조하라. 이것은 참조로서 본원에 포함된다.

다른 기술은 켜지고 꺼질 수 있는 광원의 이 차원 배열과, 치아를 향하여 상기 배열의 영상을 투사하는 렌즈를 이용한다. 상기 어셈블리에 의해 방출되는 상기 빔의 주사는 한번에 하나의 광원을 킴으로써 달성될 수 있다. 다른 기술은, 액정 디스플레이에서 이루어지는 것과 같이, 광-게이트(light-gating) 장치의 이차원 배열 뒤로 확산광과, 상기 치아를 향하는 상기 배열의 영상을 투영하는 렌즈를 이용한다. 주사는 한번에 하나의 광 게이트를 개방함으로써 달성될 수 있다. 다른 대표 기술은 광-게이트 장치(확산광 소스에 의해 지원을 받는) 또는 소스들의 이차원 배열과, 상기 치아를 향하는 상기 배열의 영상을 주사하지만 경로 상에 회전가능한 거울 또는 상기 배열의 라인에 수직한 방향에서의 영상을 주사할 수 있는 다른 장치를 이용한다. 배열 장치들에 대해, 한번에 하나의 픽셀만을 켜는 것 대신에, 다중 픽셀의 여러 패턴을 이용함으로써 "주사"하는 것이 가능하며, 사진 정보를 여전히 생성하는 것이 가능하다. 본 발명을 위해, 빔을 주사하는 것은 하나의 빔을 이동시키는 것뿐만 아니라, 변화되는 협소하게 세부 구조화된 넓은 빔을 이용한 것을 포함한다.

주사된 빔 어셈블리를 구성하는 여러 가능한 방법들에서, 내부 구조는, 두 개의 축 MEMS를 기초로 한 거울을 가지고 방향을 바꾸고 대략적으로 한 점에서 방사하는 빔; 소스들의 배열이나 광학 게이트들로 변하는 공간 위치에서 방사하는 빔; 또는 캔틸레버 광섬유에서, 그것이 주사함으로써 위치와 방향이 모두 변하는 조합을 수반할 수 있다. 이들 모두에서, 상기 치아에서 마지막 빔의 공간 주사의 적절한 범위를 만들기 위해, 광학(렌즈와 같은) 및/또는 공간 분리는 상기 주사된 빔 어셈블리에 통합되거나 그것으로 이용되어 처음으로 생성되는 상기 빔을 변환된다. 디자인에 따라, 상기 치아에서의 빔의 방향은 상기 빔이 주사됨에 따라 변하거나 변하지 않을 수 있다.

상기 빔은 상기 치아에서 작은 스팟에 집중될 수 있다. 가장 정밀한 해상력을 위해, 상기 빔은 높은 수치의 조리개를 가질 수 있으며, 특히 그것은 상기 빔의 가장 좁은 부분의 회절 제한 크기(diffraction-limited size)를 감소시키는 커다란 각도를 갖는 수렴 원뿔(converging cone)일 수 있으며; 그러나 이것은 필드의 깊이를 정합하고(compromise), 포커스 밖의 다른 평면에서 부분을 넣는다. 필드의 더 큰 깊이를 위해, 상기 빔은 더 작은 원뿔 각도를 가질 수 있으며, 또는 그것은 본질적으로 조준될 수 있으나; 조준(collimation) 또는 작은 원뿔 각도는 필드의 더 짧은 깊이를 갖는 더 큰 원뿔 각도에 기인하는 폭보다, 그것의 가장 좁은 스팟에서, 더 넓은 빔을 생성할 수 있다. 또한, 상기 치아의 다른 레벨에서 뾰족하게 초점을 맞춘 여러 사진들을 생성하기 위해, 가장 뾰족한 초점의 거리는 상기 주사된 빔 어셈블리를 이동시킴으로써 또는 그것의 내부 부분을 변경시킴으로써 변화될 수 있다. (대조적으로, 틸트된(tilted) 치아 표면에 들어갈 때, 엑스 레이는 실질적으로 구부러지지 않는다.) 이것은 공간에서 특징의 위치와 결과 사진에서 나타나는 위치 사이의 관계를 왜곡할 수 있다. 대부분의 진단에서 문제가 되지 않으나, 정확한 기하학적인 측정을 위해 그것을 수정하는 것이 바람직하다. 만약 상기 치아 형태가 알려져 있다면 이것은 디지털 사진의 컴퓨터 변형으로 이루어질 수 있으나, 상기 측정 전에 광학적인 수정을 하는 것이 바람직하다. 이것은 상기 치아와 접촉 하여 광학적 수정 장치(optical-correction device)를 배치함으로써 이루어질 수 있다. 예로써, 이것은 유동성이 있으며 투명한 재료(유연한 폴리머와 같은) 또는 에나멜의 굴절률과 유사한 굴절률을 갖는 유체나 겔을 포함하는 챔버(chamber)일 수 있다. 이 경우 주사된 빔이 처음으로 들어가는 치아에서 이격된 표면은 잘 알려진 형태(평면 또는 주사된 빔 어셈블리부터의 레이(rays)가 나오는 한점을 중심으로 갖는 구형과 같은)이며, 따라서 수정이 필요없거나, 또는 알려진 수정은 상기 영상에 인가될 수 있으며, 그것을 기하학적으로 정확하게 만든다.

대표적인 시스템 실행

상기 주사된 빔 어셈블리 및 검출 어셈블리는 단일 탐침(single probe) 어셈블리의 일부분으로서 서로 접합될 수 있으며, 손에 의해 입에 배치될 수 있다. 주사는 빠르며, 육안으로 보이는 사진은 빠르게 또는 실시간으로 제공되며 따라서 사용자는 최적의 영상을 얻을 수 있는 상기 장치를 배치한다. 그때 사용자는 사진을 기록하는 수단에 신호를 보낸다. 연속된 사진들이 영화처럼 기록될 수 있다. 만약 탐침이 상기 연속 동안에 움직인다면, 그것이 실시간으로 또는 기록된 영화와 같이 후에 보여지던지, 그것은 시야(perspective)가 변화됨에 따라 상기 치아에 대한 유용한 3차원 정보를 전달할 것이다. 상기 3차원 정보는 또한 다른 각도에서 상기 치아를 보는 정지 사진들과 비교함으로써 추출될 수 있다. 상기 분석을 위해, 상기 치아의 표면 위나 부근에 하나 또는 몇 개의 마크(marks)나 마커(markers)를 배치하는 것은 유용하며, 상기 마커(들)의 상대적인 위치 변경 및 상기 치아 내부 의 특징들은 상기 특징들의 깊이를 결정하는데 이용될 수 있다. 만약 광학적 수정 장치가 이용된다면, 상기 마크들이나 마커들은 상기 광학적 수정 장치를 구비할 것이다.

다른 예에서, 상기 주사된 빔 어셈블리 및 검출 어셈블리는, 결과 사진에서의 최적의 콘트라스트나 다른 특성들을 얻기 위해 사용자가 독립적으로 위치를 변경하는 것이 허용되도록 강하게 접착되지 않은 여러 탐침들 상에 있다. 또한, 반사기 또는 광 산란기 또는 광 도관과 같은, 분리된 독립 커플링 장치가, 가장 좋은 사진을 얻기 위해, 상기 치아 부근에 배치되어 상기 치아에서 검출 어셈블리로 상기 커플링 광을 변화시키는 동안, 상기 주사된 빔 어셈블리 및 검출 어셈블리는 단일 어셈블리로 포함될 수 있다. 몇몇 예에서, 상기 주사된 빔 어셈블리와 검출 어셈블리는 실질적으로 동일한 방향에서 상기 치아와 결합하고, 두 개의 기능은 단일 어셈블리에 융합되며, 렌즈와 같은 몇몇 광학 구성요소를 분배할 수 있다. 추가적인 예들에서, 상기 주사된 빔 어셈블리 및/또는 검출 어셈블리는 다수의 치아를 포함하는 영역 주위에 자동으로 또는 수동으로 이동되며, 영화 또는 일련의 사진들을 생성하며; 컴퓨터는 환자의 치아의 전부 또는 일부의 혼합 사진으로 상기 정보를 모으는데 이용될 수 있다.

흡수 및 다른 광학적 특성들이 빛의 파장에 의존하기 때문에, 정보는 빛의 여러 파장으로 기록된 사진들 사이의 차이점으로부터 얻어질 수 있다. 광학적으로 흡수되는 재료는 광학적인 콘트라스트가 증가하는 치아의 충치 부분 또는 다공성 부분에 들어가며, 또한 여러 파장에서 광학적인 특성이 다르게 만든다. 물(plain water)은 파장 의존하는 특성을 가지며, 건강한 에나멜에서 보다 충치 또는 탈염화된 부분에서 더 높은 농도로 존재한다. 그것은 1400 나노미터 부근의 파장 영역에서 흡수 피크를 가지며, 2000 나노미터 부근에서 다른 피크를 갖는다. 예를 들면, 프라이드(Fried)와 존스(Jones)의 "Attenuation of 1310-nm and 1550-nm laser light through sound dental enamel," Proc. SPIE Vol.4610, p.187-190, in Lasers in Dentisty VIII, 레크만 외(Rechmann et al.), eds.(2002년 6월)을 참조하라. 상기 피크로 인하여 물이 가득찬 인공물의 흡수값이 건강한 에나멜에 대한 흡수값보다 더 많이 차이가 나는 두 개의 파장을 선택할 수 있다. 단일 주사 빔 어셈블리에서 두 개(또는 그 이상) 파장을 결합하며 번갈아 가면서 행하는 주사들 사이(alternating scans) 또는 조망의 단일 주사(single scan of the field of view) 동안의 재빠른 주사에서 그것들을 연결할 수 있다. 또한, 상기 주사 어셈블리로 동시에 두 개(또는 그 이상의) 파장을 개시할 수 있으며, 여러 검출기들을 가지고 동시에 그것들을 검출할 수 있다. 상기 두 개의 파장에서 플럭스들이 여러 주파수들, 다른 위상을 갖는 동일한 주파수, 또는 다른 방식에서, 조절되면, 다른 두 가지 방식으로 상기 검출기 신호를 동시에 복조함으로써, 단일 검출기로 동시에 그것들을 검출하고 구별할 수 있다. 카메라를 기초로 한 시스템에서, 치아는 하나 또는 그 이상의 광원들을 이용한 두 개 또는 그 이상의 파장들, 그리고 고정되거나 연속적으로 연결된 광학 필터들, 이색성(dichroic) 거울 또는 파장 선택 장치들을 이용하는 두 개의 카메라로 동시에 또는 하나의 카메라로 연속적으로 얻어지는 두 개 또는 그 이상의 파장에서의 영상으로 설명될 수 있다.

종래의 디스플레이 방법뿐만 아니라, 사진들은 상기 치아에 걸쳐 적외선 빔을 주사하는 것과 유사한 빔 스캐닝 어셈블리를 이용함으로써 디스플레이될 수 있으며, 그것이 조절되는 가시광원을 이용하는 것을 제외한다. 상기 광원의 세기는 상기 스캐닝으로 동시에 조절될 수 있으며, 육안으로 볼 수 있는 사진은 상기 스캐너가 향하는 어떤 표면상에도 투영될 수 있다. 상기 표면은 반사 및 산란(평평한 흰색 페인트 같은)할 수 있으며 상기 스캐너와 같은 측면에서 보여지거나, 그것은 투과 및 산란(가루 유리(ground glass))할 수 있으며 대향하는 측면에서 보여진다. 상기 디스플레이 스캐너는 또한 레티나(retina) 뿐만 아니라 스크린이 없는 눈으로 투영하기 위한 광학장치(optics)를 상부에 장착한다(head-mounted). 만약 상기 디스플레이 스캐너가 적외선 스캐너와 동시에 구동되고, 상기 가시광원의 세기가 적외선 검출기에서 온 상기 신호에 의해 비롯된 신호에 의해 제어된다면, 실시간 디스플레이가 생성될 것이다. 그것이 빠른 디지털화, 연산 및 디지털 저장을 요구하지 않기 때문에 이것은 저렴하다. 그것은 순수하게 아날로그 전자 회로로부터 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 검출기 신호를 사진 정보로 변환하는 신호 프로세서는 디스플레이 시스템을 구비한다. 단일 스캐닝 장치에 적외선 소스와 조절된 가시광 소스를 다중 송신함으로써(multiplexing) 적외선 스캐너와 가시광 디스플레이 스캐너를 결합하며, 따라서 가시광 영상은 치아에 직접 또는 스크린에 투영되며, 그러므로 사용자에게 치과 인공물이 배치되는 곳을 보여준다. 상기 특정 스캐닝 디스플레이 방법에서, 스펙트럼 필터링 또는 소스 인코딩 및 디코딩이 이용될 수 있으며 검출기는 가시광선이 아니라 적외선에만 반응한다. 상기 스캐닝 디스플레 이 방법에서, 그것이 스크린 또는 레티나 또는 치아에 투영한다 할지라도, 콘트라스트와 가시성은 상기 검출기 신호가 상기 디스플레이 소스의 세기를 조절하는 비선형 함수의 파라미터들을 조절함으로써, 수동 또는 자동으로, 조절될 수 있다. 상기 조절가능한 비선형 관계는 아날로그 회로에서 저렴하게 실행될 수 있다. 그것은 또한 상기 검출기 신호를 디지털화함으로써 그리고 가시광 소스로 보내는 신호들을 제어하는 것을 결정하는 디지털 영상 분석 또는 사용자 입력과 이것을 결합함으로써 실행될 수 있다. 만약 그것이 디지털화된다면, 정확한 실시간에서 그것을 하는 것 대신에, 계산 시간을 부여하기 위해 하나 또는 그 이상의 프레임에 의해 상기 디스플레이를 지연하는 장점이 있다. 이것으로 인하여, 순간적인 신호 대신에, 전체 사진 또는 커다란 영역에 기초한 각각의 위치를 처리하는 것이 가능하다. 여러 색상을 갖는 두 개 또는 그 이상의 조절된 소스들은 컬러 디스플레이를 위한 디스플레이 스캐너로 결합될 수 있으며, 콘트라스트를 향상시키기 위한 의사 색채법(false color)의 사용이 가능하다.

대표적인 배열들이 첨부되는 도면에서 도시된다. 도 1에서, 치아(101)는 주사된 빔 어셈블리(102)에 인접해 있다. 주사된 빔 어셈블리(102)에서 나오는 주사된 광 빔(light beam)은 두 개 위치(103 및 104)에서 나타난다. 상기 광 빔은 치아(101) 내부의 초점에 수렴된다. 다른 특정 위치에서, 상기 빔에서의 광의 일부분은 상기 치아를 통과하여 검출 어셈블리(105)로 향하며; 그것의 일부분은 산란되거나 상기 치아에서 재료에 의해 흡수되며 따라서 그것은 전혀 상기 검출 어셈블리에 도달하지 않으며; 그것의 일부분은 산란되거나 직접 가지 않는 경로에 의해 검 출기 어셈블리(105)에 우연히 도달하는 방식으로 복잡하게 산란된다.

도 2는 거의 평행하게 주사된 빔(두 개의 대표적인 위치(203, 204)로 주사되는 것과 같이)을 치아(201)로 향하게 하는 스캐닝 시스템(202)을 나타낸다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 주사된 빔은 상대적으로 일정한 빔 지름 또는 빔의 단면을 가지나, 도 1의 빔에서와 같이 뾰족한 초점을 가지지 않는다. 그럼에도 불구하고, 적절히 작은 단면 영역을 갖는 빔이 생성되며 상기 단면 영역은 치아(201)를 통과하여도 거의 동일하다. 대조적으로, 도 1의 원뿔 빔은 상기 치아의 몇몇 스팟에서 더 큰 단면을 갖는다.

도 3은 주사된 빔(위치(303, 304)에서 보여지는)이 치아(301)의 씹는 면 상에 수직으로 입사하는 스캐닝 시스템(302)을 도시한다. 검출 어셈블리(305)는 주사된 빔이 치아(301)에 입사하는 축(308)에 대략적으로 수직하는 축(306)을 따라 배치된다. 다른 검출기 위치도 가능하며, 검출기는 상기 검출된 빔의 입사 방향에 대하여 비스듬한 축을 갖기 위해 배치될 수 있다.

도 4는 주사된 빔(대표적인 위치(403, 404)에 도시된)이 치아(401)로 향하는 스캐닝 시스템(402)을 포함하는 치아 촬영 시스템을 도시한다. 검출 어셈블리(405, 406)는 치아(401)에서 상기 주사된 빔의 입사 축(410)에 대하여 임의의 각도로 배향된 각각의 축들(408, 409)을 따라 배치되다. 도 4에 도시된 바와 같이, 두 개 또는 그 이상의 검출기들 또는 검출 어셈블리들은 동시에 이용될 수 있다. 단일 검출 어셈블리가 이용되어도, 상기 검출 어셈블리 및 상기 주사된 빔 어셈블리를 위해 넓은 배향(orientation)이 선택될 수 있다. 검출 어셈블리(406)는 주사 된 빔 어셈블리(402)에 가까이 있으며, 도시되지 않았지만 극단적인 경우에, 검출 어셈블리는 주사된 빔 어셈블리에 배치될 수 있으며 또는 일반적인 어셈블리의 일부분으로서 제공될 수 있으며, 따라서 검출된 광속(optical flux)은 상기 주사된 빔의 전파 방향에 대하여 대략적으로 후방 산란되고 수용될 수 있다.

도 5는 주사된 빔(대표적인 위치(503, 504)에 도시된)이 치아(501)로 향하는 주사된 빔 어셈블리(502)를 포함하는 스캐닝 시스템을 도시한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 광학 수정 장치(507)는 치아(501)와 주사된 빔 어셈블리(502) 사이에 배치된다. 상기 광학 수정 장치들은 치아(501)의 표면에 맞는 출구 표면(510)과 소정의 형태를 갖는 입구 표면(510)을 포함한다. 평평한 입구 표면이 사용가능하나, 입구 표면(512)는 구형, 타원형, 원통형 또는 다른 형태를 가질 수 있다. 몇몇 예에서, 입구 표면(512)은 입력 주사된 빔을 조준하거나 초점을 맞추는 것으로 선택될 수 있다. 도 5는 하나 또는 그 이상의 입력 빔들이 직선 축을 따라 치아(501)와 소통되는 광학 수정 장치를 도시하고 있으나, 다른 예들에서, 상기 광학 수정 장치는 입구 표면에서 상기 빔들을 수용하며 출구 표면(510)을 향하는 내부 반사 표면에서 상기 빔을 반사할 수 있다. 광학 수정 장치(507)는 상기 주사된 빔에 실질적으로 투명하고 공기보다 상기 치아에 가까운 굴절률을 갖는 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 정확한 굴절률 정합(index match)은 불필요하다. 굴절률은 치아의 표면에서 반사 및/또는 굴절을 감소하도록 선택되는 것이 일반적이다. 적합한 출구 표면(510)은 유연한 폴리머 또는 겔을 구비할 수 있으나, 상기 광학 수정의 나머지 부분은 유리 또는 투명한 플라스틱과 같은 단단한 투명 재료로 형성될 수 있다.

도 6을 참조하면, 주사된 빔 어셈블리(602)는 수직으로 배향되며, 치아(601)에 접촉하는 유연한 벽들(compliant walls)(608)과, 치아(601)와 벽들(608)과 접속하며 예를 들면 물, 겔, 오일, 글리세롤 또는 설탕 시럽으로 채워진 챔버(610)를 정의하는 단단한 투명 윈도우(609)를 포함하는 광학 수정 장치(612)를 통해 치아(601)로 주사된 빔(대표적인 위치(603, 604)에 도시된)이 향하도록 배치된다. 상기 챔버는 명백하게 보이기 위해 상대적으로 길게 도시되었으나, 벽들(608)은 실질적으로 더 작을 수 있으며 따라서 챔버(610)의 부피는 감소될 수 있다. 굴절률 정합 물질(액체 또는 겔과 같은 굴절률 정합)은 상기 챔버에 부착된 관(tubing)을 통해 삽입되며, 유사한 관을 통해 사진을 기록한 후에 제거되나, 도 6에는 상기 관이 도시되지 않는다. 또한 겔이 채워진 챔버가 제공되고 치아에 의해 압력을 받을 수 있으며, 선택된 방향에서 상기 챔버 밖으로 초과 겔(excess)이 힘을 받음에 따라 초과 겔은 상기 치아의 영상을 만드는데 방해하지 않는다. 유동성 및/또는 점성(viscosity) 또는 다른 현상이 윈도우(609)와 치아(601) 사이의 유체를 유치하는데 이용되기 때문에 챔버(610)의 벽들(608)은 팽팽하게 밀봉될 필요가 없다(몇몇의 경우에는 상기 벽들이 불필요하다). 그러므로, 몇몇 예들에서, 광학 윈도우는 치아에 접촉하는 겔 또는 유체층 상에 놓일 수 있다.

도 7은 상대적으로 작은 검출기(712)와 광 커플링 장치(711)를 구비하는 검출 어셈블리를 도시하며 상기 주사된 빔은 치아(701)에서 검출기(702)로 향한다. 검출기(712)와 광 커플링 장치(711)의 조합은 "검출 어셈블리"로 간주될 수 있다. 또한, 검출기(712)는 "검출 어셈블리"로 간주될 수 있으며 광 커플링 장치(711)은 분리된 어셈블리로 이루어질 수 있다.

광 커플링 장치(711)는 구성될 수 있으며 하나 또는 그 이사의 선택된 치아(701)의 영역으로부터 치과적으로 조절된 광속의 부분들이 검출기(702)와 결합된다. 예를 들면, 도파부의 타원형(oblong) 또는 직사각형의 입력 표면은 목표가된 치아 영역에 또는 부근에 배치되며 따라서 상기 목표가 된 영역으로부터의 광속은 검출기(702)로 향하게 된다. 도파부는 둥글거나 사각형의 광 민감도 영역에 결합하기 용이한 출구 표면에서 원형 또는 다른 단면 영역을 갖도록 테이퍼진다(tapered). 다른 형태들도 이용될 수 있다. 치과적으로 조절된 광속의 부분들은 또한 치아(701)의 타원형 영역을 선택하는 원통형 렌즈를 가지고 치아(701) 위에 검출기 영역의 영상을 생성함으로써 선택될 수 있다. 또한, 구형 렌즈는 상기 치아 표면의 영상을 만드는데 이용될 수 있으며, 상기 영상의 부분들은 치아(701)의 선택된 영역에 대응하는 조리개를 포함하는 플레이트로 차단될 수 있다.

도 8은 주사된 빔(대표적인 위치(803, 804)에 도시된)이 치아(801)로 향하는 주사된 빔 시스템(802)을 포함하는 치아 촬영 시스템을 도시한다. 광 커플링 장치(813)는 주사된 빔 어셈블리(802)와 같이 치아(801)의 동일한 측면에 배치되는 검출 어셈블리(806)로 입사 광속이 향하도록 배치된다. 검출 어셈블리(806)는 배치되며 따라서 그것은 치아(801)로부터 직접 산란되거나 반사된 빛을 수용할 수 있으며, 치아(801)를 통과하거나 치아(801)에 의해 산란된 빛은 광 커플링 장치(813)에 의해 검출 어셈블리(806)으로 향하게 된다. 상기 광 커플링 장치는, 예를 들면, 거울과 같은 반사기, 이색성 반사기, 홀로그래픽 반사기, 또는 다른 장치일 수 있다. 상기 광 커플링 장치는 검출된 신호들에 주위 광 기여를 감소시키기 위해 검출 어셈블리(806)로 상기 주사된 빔과 연관된 빛을 선택적으로 향하게 하도록 구성될 수 있다.

도 9는 광 커플링 장치(911)를 가지고 치아(901)로부터의 치아에 대하여 조절된 광속을 수용하도록 결합된 검출기(912)를 포함하는 대표적인 치아 촬영 시스템을 완전하게 나타내는 도면이다. 광학 밴드 패스 필터(914)는 검출기(912) 정면에 배치되어 주사된 빔을 생성하는데 이용되는 레이저(915)의 파장 중심의 좁은 파장 d역을 선택함으로써 대부분의 미광(stray light)을 제거하거나 감소시킨다. 광 검출 어셈블리(929)가 검출기 광전류를 전압으로 전환하는 증폭기(924)와 같은 다른 구성요소를 포함한다 할지라도, 검출기(912), 필터(914), 및 광 커플링 장치(911)는 광 검출 어셈블리(929)를 구비한다. 증폭기(924) 또는 다른 신호 처리 장치는 상기 광 검출 어셈블리와 결합하거나 분리하여 제공될 수 있다. 사용하기 편리한 배열에서, 어셈블리(928)는 광섬유(916)의 원위단 도는 다른 광학 도파관에 결합되는 레이저(915)(레이저 다이오드와 같은)를 포함하는 주사된 빔 어셈블리를 구비한다. 광섬유(916)의 근위단(918)은 안전하게 지켜지며, 섬유 단부(918)가 소정의 이차원 패턴에서 진동하는 방식으로 구동되는 두 개의 축의 압전 액츄에이터(piezoelectric actuator)(917)에서 캔틸레버 방식으로 돌출된다. 섬유 단부(918)는 치아(901) 영역 위의 렌즈(919)에 의해 영상이 만들어지거나 치아(901) 쪽으로 좁은 빔(920)이 투영된다. 상기 섬유의 작은 움직임은 렌즈(919)에 의해 확 대될 수 있으며 따라서 치아(901)에서 상기 빔에 의해 주사되는 패턴은 상기 치아 위 또는 내부의 소정의 영역을 커버할 만큼 충분히 크다. 압전 구동부(917)의 두 개의 축은 각각, 디지털 아날로그 변환기(DACS)(922, 923)으로부터 연속된 전압에 의해 구동된다. DACs(922, 923)은, 예를 들면, 90도 위상 차를 갖는 상기 캔틸레버 섬유 단부(918)의 공진 주파수에서 두 개의 사인(sine) 파를 생성할 수 있으나, 작게 시작하여 점차 크게 빛나는 진폭을 갖는다. 이들 파형들은 증가하는 진폭으로 순환하여 섬유 단부(919)가 진동하게 만드는데 이용될 수 있으며, 특히 상기 섬유 단부는 원형 영역을 조밀하게 덮도록 선택된 나선형으로 움직인다. 치아(901)에 대응하는 영역이 주사된다. 만약 공진 주파수가 5kHz와 같이 높다면, 상당히 조밀한 영역은 대략 0.1초 이내로 주사될 수 있다.

컴퓨터(921) 또는 다른 제어 장치는 선택된 주사 패턴, 주사 영역, 주사률, 또는 다른 주사 파라미터를 생성하는 DACs에 적절한 디지털 구동값을 제공하도록 구비될 수 있다. 데스크탑(desktop), 랩탑(laptop), 팜탑(palmtop), 또는 다른 처리 시스템이 이용될 수 있으며, 주사 파라미터들은, 예를 들면, 포인팅 디바이스(pointing device)를 통한 유저 인터페이스(user interface), 키보드, 또는 다른 입력 장치를 구비한 사용자 입력에 기초하여 선택될 수 있다. 컴퓨터(921)는 또한 검출기 진폭기(924)에서 결합된 검출 신호에 기초한 아날로그 디지털 변환기(925)로부터 디지털화된 데이터를 받는다. 두 개의 선은 아날로그 디지털 변환기(925)와 컴퓨터(921) 사이에 보여진다. 컴퓨터(921)는 디지털 데이터를 받을 뿐만 아니라, 그것이 디지털 아날로그 변환기들(922, 923)에 보내는 신호와 동시에 아날로그 디지털 변환이 발생하는 시간을 그것이 제어한다. 이런 방식으로, 주사된 빔(920)의 위치가 상기 검출기 신호의 측정으로 알려지며, 따라서 상기 데이터는 사진을 생성하는데 이용될 수 있다.

컴퓨터(921)는 또한 주사를 시작하고, 사진을 저장하고, 상기 사진이 표현하는 환자의 입 안의 치아에 관한 정보를 저장하는 명령과 같은 오퍼레이터로부터 제어 정보를 수용하도록 구성된 사용자 입력 장치(926)가 부착된 것으로 도시된다. 적절한 사용자 입력 장치는 키보드, 푸시버튼, 마우스와 같은 포인팅 장치, 풋 패달(foot pedals), 목소리 인식 소프트웨어와 결합된 마이크로폰, 및/또는 다른 장치들을 포함한다. 컴퓨터(921)는 또한 환자의 데이터베이스 또는 환자의 전자파일에서 직접 치아 영상을 저장하거나 근거리 통신망 또는 원거리 저장이나 평가(evaluation)을 위해 인터넷과 같은 원거리 통신망에 상기 영상을 전송하도록 결합될 수 있다. 일반적으로 컴퓨터(921)는 영상 획득 및 제어 파라미터들뿐만 아니라 치아 사진, 환자의 치관 기록, 및 다른 데이터를 디스플레이하도록 구서도니 디스플레이(927)와 결합되거나 포함한다. 도 9의 시스템은 대표적인 예일뿐이면, 다른 구성이 이용될 수 있다.

도 10을 참조하면, 치아 촬영 시스템은 각각의 광섬유(1016a, 1016b)에 결합되는 레이저 다이오드(1015a, 1015b)를 포함하는 주사된 빔 어셈블리(1028)을 포함한다. 섬유 커플러(fiber coupler)(1030)은 출력 섬유(1031)에서 레이저 다이오드(1015a, 1015b)의 광속을 결합한다. 몇몇 예들에서 상기 섬유들은 단일 모드(single mode) 섬유이다. 상기 결합된 광속들은 출력 섬유(1031)로 나오며 렌 즈(1019)는 치아(1001)의 적어도 일부분에 걸쳐 주사되는 질의 빔(1020)을 생성하는 상기 결합된 광속들을 회전가능한 거울(1032)을 포함하는 마이크로 전자기계(MEMS) 스캐너(1033)에 의해 처리한다. MEMs 스캐너(1033)는 회전가능한 거울(1032)의 활성화를 위해 컴퓨터(1021)의 제어로 주사 신호를 생성하는 DACs(1022, 1023)에 연결된다. 이중 파장 동작에 대해, 상기 레이저 다이오드(1015a, 1015b)의 방사 파장은 다르다. 몇몇 예들에서, 레이저 다이오드(1015a, 1015b) 중 하나는 그것의 세기를 조절함으로써 상기 치아 상에 육안으로 볼 수 있는 영상을 생성하도록 선택될 수 있다. MEMS 스캐너는 사용하기 편리하지만, 다른 광학 스캐너들도 사용될 수 있다.

회전가능한 거울(1032)은 DACs(1022, 1023)로부터의 연속된 전압에 반응하여 두 개의 축에 대해 회전할 수 있다. 일 예로서, 상기 파형들은 MEMs 스캐너(1033)의 두 개의 축에 대한 공진 주파수의 두 배에 가까운 주파수에서 두 개의 구형파일 수 있으며, 각각의 구형파는 영 볼트와 영이 아닌 값 사이에서 진동한다. 몇몇 MEMs 장치에 대해, 상기 파형은 그것이 중심 위치에 다가가는 시간에 그것의 중심 위치 쪽으로 그것을 정전기적으로 끌어당김으로써 진동 거울에 운동 에너지를 부과할 것이다. 상기 두 개의 구형파의 주파수의 조절에 의해, 반사된 빔(102)은 상기 두 개의 주파수의 정확한 비율에 의해 결정되는 스캔 라인의 반복률과 밀도로, 반복하는 리샤쥬 패턴을 주사하도록 만들어질 수 있다. 다른 예들에서, MEMs 스캐너(1033)는 전기 열적으로 활성화될 수 있다.

광검출기들(1012a, 1012b)은 각각, 증폭기(1024a, 1024b)와 연결된다. 밴드 패스 광학 필터들(1014a, 1014b)는 검출기들(1012a, 1012b)에 제공되며 따라서 두 개의 다른 파장들과 연결되는 영상 신호 또는 사진 데이터는 동시에(특히, 동일 주사에서) 얻어질 수 있으며, 주위 광속은 감쇠될 수 있다. 증폭기(1024a, 1024b)의 출력은, 주사 신호를 기초로 사진 정보를 제공하는 디지털화된 검출 신호들을 처리하는 컴퓨터(1021) 디지털화된 검출 신호를 제공하는 각각 아날로그 디지털 변환기(ADC)(1025a, 1025b)에 연결된다. 디스플레이(1027)는 제어 장치 또는 제어 장치들(1026)과 결합하여 영상 획득에 제어 인터페이스를 제공할 뿐만 아니라 환자 데이터 또는 치아 영상을 디스플레이하도록 제공된다. 디스플레이(1027)는 두 개의 파형드로부터의 정보에 기초하는 합성 치아 영상을 디스플레이한다. 두 개의 분리된 사진은 옆에 디스플레이될 수 있으며, 또는 단일 이미지는, 예를 들면, 상기 차이에서 이상(abnomalous) 특징의 콘트라스트를 향상시킨 두 개의 사진 사이의 차이점을 이용함으로써, 컴퓨터(1021)에 의해 생성될 수 있다. 도 10은 실시예이지만, 그것은 예일 뿐이며, 많은 다른 구성들이 가능하다.

도 11을 참조하면, 치아 촬영 시스템은 광섬유(1116a, 1116b) 각각에 연결되는 다른 파장의 질의 레이저(1115a)와 가시광 디스플레이 레이저(1115b)를 구비하는 주사 어셈블리(1128)를 포함한다. 섬유 커플러(1130)은 광섬유(1116a, 1116b)에 연결되며 광섬유(1131)에서 결합된 광속을 생성하는 레이저(1115a, 1115b)로부터의 광속의 일부분을 결합한다. 레이저(1115a)는 내부 구조를 밝히는 치아를 투과할 수 있는 광속을 제고하지만, 레이저(1115b)는 가시광 영상(visible image)을 제공하는데 이용될 수 있는 가시광선을 제공한다.

광섬유(1131)의 원위단(1118)은 섬유 단부(1118)가 소정의 이차원 패턴에서 진동하는 방식으로 구동되는 두 개의 축의 압전 액츄에이터(piezoelectric actuator)(1117)에서 캔틸레버 방식으로 돌출된다. 거울이나 다른 반사기(1134)에 의한 반사가 있은 후 섬유 단부(1118)은 치아(1101) 영역 위의 렌즈(1119)에 의해 영상이 만들어지거나 치아(1001) 쪽으로 좁은 빔(1120)이 투영된다. 상기 섬유의 작은 움직임은 렌즈(1119)에 의해 확대될 수 있으며 따라서 치아(1101)에서 상기 빔에 의해 주사되는 패턴은 상기 치아(1101) 위 또는 내부의 소정의 영역을 커버할 만큼 충분히 크다. 압전 구동부(917)의 두 개의 축은 도면에는 도시되지 않은 적절한 스캔 제어기로부터의 연속된 전압에 의해 구동된다. 몇몇 스캐닝 장치에 대한 공진 섬유 및 공진 MEMS 거울을 포함하며, 휴지(dwell) 시간 및/또는 스캔 라인들의 밀도는 상기 빔의 위치에 따라 변할 수 있으며, 다른 것들보다 상기 디스플레이의 몇몇 영역을 더 밝게 만든다. 이것을 보상하기 위해, 상기 스캔 제어기는 상기 주사된 섬유 단부(1118)의 위치에 따라 검출기(1112)와 가시광 레이저(1115b) 사이의 전자 이득(electronic gain)을 조절하기 위해 그것(미도시)을 따르는 증폭기(1124) 또는 배율기 단계(multiplier stage)로 신호를 보낼 수 있다.

거울(1134)은 입사 광속의 일부를 반사하고 다른 것을 투과한다. 거울(1134)은 레이저(1115b)에 의해 제공되는 디스플레이 광속을 투과시키지만 레이저(1115a)에 의해 제공되는 질의 광학 플럭스를 선택적으로 반하는 이색성 거울일 수 있다. 다른 예들에서, 파장 민감도 없이 부분적으로 투과성을 갖는 거울이 이용될 수 있으며, 또는 이색성 빔스플리터(beamsplitter)와 같은 다른 반사 광학 요소나 홀로 그래픽 광학 요소가 이용될 수 있다. 다른 예들에서, 거울(1134)은 편광 상태에 기초한 방사를 선택적으로 반사하거나 투과시킬 수 있다. 일반적으로, 거울(1134)은 질의 레이저(1115a)로부터의 거의 모든 빛을 반사하고, 가시광 디스플레이 레이저(1115b)로부터의 거의 모든 빛을 반사하는 것으로 선택된다.

치아(1101)로부터의 치아 조절 광은 방안의 빛을 차단하는 필터(1114)를 통과시킨 후 검출기(1112)에 의해 검출된다. 검출기(1112)로부터의 신호는 가시광 디스플레이 레이저(1115b)의 세기를 조절하기 위해 가시광 디스플레이 레이저(1115a)에 연결되는 증폭기(1124)에 의해 증폭된다. 섬유 단부(1118)에서 나오는 가시광선은 거울(1134)을 통과하며, 거울(1135, 1136)에 의해 반사되며, 스크린(1137) 상에 렌즈(1119)에 의해 초점이 맞춰지며, 상기 스크린은 장치 운영자에게 보인다. 도 11의 예에서, 영상은 스크린(1137)에 형성되며, 상기 영상은, 만약 스크린(1137)이 둥근 유리나 다른 반투명의 산란 재료로 만들어진다면, 투과되는 빛으로 보이게 된다. 검출기(1112)와 증폭기(1124)는 순간 치아 조절 광에 빠르게 반응하고, 레이저(1115b)의 세기가 증폭기(1124)로부터의 전압에 빠르게 반응하기 때문에, 그것의 현재 위치에서 스크린(1137)상의 육안으로 보이는 스팟의 순간 밝기는 그것의 현재 위치에서 질의 광의 스팟에 결합되는 순간 치아 조절 광학 플럭스에 의존한다. 이들 두 개의 기하학적인 위치는, 그것들이 섬유 단부(1118)의 현재 위치에 의해 결정되기 때문에, 거의 정확하게 대응하며, 그러므로, 만약 주사가 충분히 빠르다면, 스크린(1137)은 치아(1101)의 사진을 보여줄 것이다. 증폭기(1124)는, 영상에서 특정 특징의 콘트라스트가 향상되도록 하는, 조절가능한 비 선형 응답(response)을 가질 수 있다. 많은 다른 광학 구성은 질의에 이용되는 동일한 스캐너로 가시 영상(visible image)을 생성하는 동일한 원리를 구체화하는 것으로 실현될 수 있다.

도 12는 축(1207)(두 개의 대표적인 위치(1203, 1204)로 주사되는 것으로 도시됨)을 따라 주사된 빔을 치아(1201)로 향하게 하는 스캐닝 시스템(1202)을 나타낸다. 이색성 거울(1210)은 주사된 질의 빔의 장파장 빛을 투과시키나, 단파장의 가시광선을 반사시킨다. 가시광선 카메라 어셈블리(1208)는 축(1209)에 배치되며, 예를 들면, 치아(1201)의 가시광선 영상을 생성하기 위해 실리콘 배열 검출기를 포함할 수 있다. 이색성 거울(1210)은 배열되며 따라서 축(1209)은 축(1207)에 효과적으로 정렬된다. 그러므로, 카메라 어셈블리(1208)는 질의 빔이 치아(1201)에 입사하는 방향에서 보여지는 치아(1201)의 가시광선 영상을 생성할 수 있다. 카메라 어셈블리(1208)는 치아(1201)를 비추는 거울(1210)에 의해 반사되는 단파 조명 플럭스를 생성하는 단파장 광원을 포함할 수 있다. 상기 구성에서, 장파장 검출 어셈블리(1205)(단파장 조명 및 다른 빛을 차단하는 필터를 포함함)로부터의 신호들은 투과되고 산란된 적외선에서 상기 치아의 사진을 생성하는데 이용될 수 있으나, 카메라 어셈블리(1208)는 반사된 가시광선의 동일한 각도로부터 치아(1201) 사진을 동시에 생성할 수 있다. 카메라 어셈블리(1208) 및 스캐닝 시스템(1202)의 위치는 조절되며, 상기 확대(광학적 또는 디지털)는 조절될 수 있으며, 따라서 이들 두 개의 영상들은 기하학적으로 기록된다(registered). 카메라 어셈블리(1208) 및 스캐닝 시스템(1202)은 기록(registration)을 유지하는 일반적인 강체 마운트(mount)에 의해 보호될 수 있다. 상기 예에서, 치아 또는 그것의 일부분의 가시광선 영상은 카메라 어셈블리(1208)에 의해 생성된다. 다른 예들에서, 상기 카메라 어셈블리는 400nm 내지 대략 2000nm의 파장 범위에서 상기 치아의 영상을 생성하도록 배열될 수 있다.

도 13은 주사된 질의 빔(두 개의 대표적인 위치(1303, 1304)로 주사되는 것으로 도시됨)을 치아(1301)의 씹는 표면으로 향하게 하는 스캐닝 시스템(1302)을 나타낸다. 상기 질의 빔은, 하나의 파장이 적외선(장파장)이고 다른 것은 가시광선(단파장)인 것을 제외하고, 도 10 및 11의 시스템들에서와 같이, 서로 다른 두 개의 파장의 빛을 구비할 수 있다. 검출기 어셈블리(1305)는 상기 치아의 측면에서 나오는 장파장의 적외선을 검출하도록 배치되며, 단파장 빛을 차단하는 필터를 포함할 수 있다. 검출기 어셈블리(1305)에 의해 생성된 신호는 투과되고 산란된 적외선에서 상기 치의 사진을 생성하는데 이용될 수 있다. 검출기 어셈블리(1306)는 스캐닝 시스템(1302) 부근에 배치될 수 있으며 치아(1301)에서 반사되는 단파장(가시광선)을 검출하도록 선택될 수 있으며, 장파장 빛을 차단하는 필터를 포함할 수 있다. 또한, 만약 상기 질의 빔의 적외선이 충분히 긴 파장을 가진다면, 검출기 어셈블리(1306)에서의 검출기는 장파장 빛에 상대적으로 민감하지 않은 실리콘과 같은 재료로 만들어질 수 있다. 필터는, 검출기에 도달하는 상기 질의 빔의 가시광선 부분과 연결되는 파장을 허용하면서, 주위의 단파장 빛을 차단하도록 제공될 수 있다. 검출기 어셈블리(1306)에 의해 검출된 주사된 가시광선의 부분은 반사된 가시광선에서 치아(1301)의 사진을 생성하는데 이용될 수 있다. 상기 질의 빔의 장파장과 단파장 성분 모두 동일한 스캐너로부터 나오기 때문에, 상기 두 개의 사진들은 특별한 정렬없이, 기하학적으로 자동 기록될 수 있다. 만약 치아(1301)의 상부 표면이 어금니의 틈(crevasses)에서 일반적인 얼룩(stain) 패턴을 가진다면, 반사된 가사광 영상은 어두운 영역으로써 상기 얼룩을 나타낼 것이나, 상기 적외선 영상은, 보통의 얼룩들은 상기 빛에서 눈에 보이지 않으므로, 1310nm와 같은 파장이 길다면, 상기 얼룩은 보이지 않을 것이다. 대신에, 적외선 영사은 상기 치아의 탈염화된 영역을 나타낼 수 있다. 이것은, 상기 두 개의 영상들이 상기 얼룩들에 관한 탈염화의 위치를 나타내므로, 유용하다.

도 13은 또한 조리개(1313)를 정의하는 마스크(1312)를 나타낸다. 도 13의 예에서, 상기 조리개는 수평으로(특히, 도면의 평면에 수직으로) 연장되는 실트(silt)이다. 마스크(1312)는 조리개(1313)(예를 들면, 수평의 실트에 의해)의해 투과되는 불투명한 재료로 만들어지며, 그것은, 조리개(1313)에 대응하는 수평 스트라이프(stripe)에서 치아(1301)를 탈출하는 것들을 제외한 광속들을 검출기(1305)가 수용하는 것을 제한하도록 배치된다. 상기 시스템이 생성하는 사진들은, 그것의 측면을 따르는 수평 스트라이프는 적외선으로 조명되는(illuminated) 동안, 치아의 상부를 바라보는 카메라 또는 배열에 의해 생성되는 사진과 유사할 것이다. 상기 배열은 상기 치아의 전체 측면을 조명하는 것보다 더 좋은 사진을 생성한다. 본 발명을 위해, 조리개(1313)를 갖는 마스크(1312)는, 그것이 광속을 추가하는 것보다 제한하는 것에 의해 결합된 빛을 제어한다 할지라도, 광 커플링 장치를 구비한다. 반사 또는 굴절(광 도관 또는 렌즈와 같은)을 포함하는 보다 정교 한 디자인은, 상기 치아의 측면에서 스트라이프에 공간적으로 결합하는 제한하지만, 상기 검출기 없이 높은 각도의 레이(high-angle rays)를 획득함으로써, 단순한 실트보다 상기 검출기에 더 많은 빛을 결합하는데 이용될 수 있다.

몇몇 시스템들 예에서, 제2의 광학 스캐닝 시스템(디스플레이 광학 스캐닝 시스템)은 치아 조절 광학 플럭스에 연결되는 영상을 형성하는데 제공될 수 있다. 상기 영상은 주사 중에 치아 또는 치아들에 인접하여 배치되는 영상 표면상에 형성되며 따라서 치과 의사는, 적외선 스캔 데이터를 기초로 한 주사된 영상을 보는 동안, 치아 또는 치아들을 계속 검사할 수 있다. 디스플레이 광학 스캐너는 하나 또는 그 이상의 가시광 디스플레이 빔을 이용한다(예를 들면, 하나 또는 그 이상의 다중 파장 스캔의 각각의 파장은 독특한 컬러로 디스플레이되며; 또는 파장들의 결합은 그레이 스케일(gray-scale) 디스플레이에서 매우 민감한 변화를 강조하는 의사 색채(false color)를 생성하는데 이용될 수 있다). 또한, 가시광선 빔은 현재 치아 스캔에 기초하거나 하나 또는 그 이사의 종전 스캔으로부터의 사진 정보에 기초한 디스플레이된 영상을 생성하도록 조절될 수 있다 상기 디스플레이 광학 시스템은 상기 질의 빔을 주사하는데 이용되는 동일한 스캐닝 시스템을 이용할 수 있으며 따라서 상기 디스플레이된 영상은 상기 치아의 대응되는 특징에 정렬되어 용이하게 배열될 수 있다. 상기 시스템에서, 외부 촬상 장치 및 프로세서(컴퓨터를 포함함)는 불필요하며, 상기 시스템들은 간결하고 저렴할 것이다. 상기 시스템은 또한 낮은 전력 소비를 나타내며, 세련된 치과뿐만 아니라 원거리 위치에서 이용하는 데 적합하다.

위에서 설명한 치아 촬영 시스템은 치아를 통과하는 파장을 갖는 광학 질의 빔을 스캐닝하는 것에 기초하며 따라서 치아 내부의 사진 정보 도는 영상들이 얻어질 수 있다. 그러나, 몇몇 응용에서, 적외선 카메라가 이용될 수 있으며, 치아의 일부가 직접 촬영된다. 직접 촬영하는 시스템에서, 상술한 광학 수정 시스템들은, 치아와 공기 사이의 굴절률 차이와 관계된 영상 인공물을 감소시키기 위해, 배치된다. 광학 수정 장치를 구비하는 부분 굴절률 정합(partial indexing-matching)은 불규칙적인 표면의 기여를 줄이며 치아의 내부 특징을 높은 정확도로 촬영되는 것을 허용한다. 카메라를 기초로 한 영상들은, 두 개의 다른 파장의 광원으로 차이를 조명하고 대응하는 영상들을 얻음으로써, 또는 상대적으로 넓은 스팩트럼 소스로 조명하고 하나 또는 그 이상의 광학 필터들을 이용하여 촬영하는 파장 범위를 선택함으로써 여러 파장에서 획득될 수 있다. 카메라를 기초로 한 영상들은 또한 상기 카메라를 움직이거나 치아의 다른 부분의 조망을 얻을 수 있는 거울 이용함으로써 획득될 수 있다.

치아에서 또는 치아로 광속을 연결하거나 향하도록 배치되는 광 커플링 장치는 대상물의 입 안의 치아에 또는 부근에 일반적으로 배치된다. 그러므로, 처분할 수 있는 광 커플링 장치들은 사용하기 편리하다. 이런 방식에서, 상기 장치를 위한 멸균 또는 다른 청결 과정이 불필요하다. 스캐닝 장치에서 입력 빔의 초점을 맞추거나 상기 빔을 향하게 하고, 또는 카메라 장치로 빛의 초점을 맞추거나 상기 빛을 향하게 하는 광학 장치들은, 또한 처분 가능한 광 커플링 장치로서 만들어질 수 있다. 스캐너 또는 카메라를 포함하는 어셈블리에 부착되는 대상자의 입에 또는 부근에 배치되는 장치는 상기 치아로부터의 적절한 거리에서 상기 스캐너나 카메라를 지지하는 스페이서(spacer)로서 작용할 수 있으며/또는 좋은 초점이나 다른 요구조건들로 요구됨에 따라, 그것은 계속해서 스캐너나 카메라로 작용하며, 상기 장치는 또한 처분가능하다. 모두 또는 일부를 덮음으로써 상기 스캐너 어셈블리 및/또는 검출기 어셈블리를 청결하게 유지하는 장치는 상기 입과 접촉되지 않는다. 카메라에 기초 한 시스템에서, 모두 또는 일부를 덮음으로써 상기 스캐너 어셈블리 및/또는 검출기 어셈블리를 청결하게 유지하는 장치는 상기 입과 접촉되지 않으며 처분가능하다. 광 커플링, 디렉팅(directing), 포커싱(focusing), 디스턴싱(distancing), 포지션닝(positioning), 유지(steadying), 청결 보호(sanitary protection) 기능의 결합은 단일 장치에서 결합될 수 있으며, 상기 장치는 또한 처분가능하다.

상기 개시된 기술의 원리가 적용되는 가능한 많은 실시예의 관점에서, 설명된 실시예들은 바람직한 예들이며 상기 기술 범위를 제한하지 않는다. 첨부된 청구항에 의해 포함되는 모든 것을 청구한다.

Claims

적어도 하나의 치아의 적어도 일부분에 걸쳐서 광학 질의 빔(optical interrogation beam)을 주사하는 질의 광학 스캐너(interrogation optical scanner);

적어도 하나의 치아로부터 수신되는 치아 조절 광학 플럭스(dentally modulated optical flux)에 연결된 검출 신호를 생성하도록 배치되는 광학 검출 시스템; 및

상기 검출 신호를 수신하고 상기 검출 신호에 기초한 상기 적어도 하나의 치아에 연결된 사진 정보를 생성하도록 결합된 신호 처리기;를 구비하며,

상기 광학 질의 빔은 상기 치아 조절 광학 플럭스를 생성하기 위해 상기 적어도 하나의 치아로 실질적으로 투과가능한 치아 촬영 시스템.
제1항에 있어서,

대략 800nm의 파장에서 또는 대략 800nm보다 더 큰 파장 범위에서 상기 광학 질의 빔을 생성하는 광원을 더 구비하는 치아 촬영 시스템.
제2항에 있어서,

상기 광학 질의 빔의 파장 범위 또는 상기 파장은 대략 1000nm 내지 1800nm 사이인 치아 촬영 시스템.
제2항에 있어서,

상기 광학 질의 빔의 파장 범위 또는 상기 파장은 대략 1250nm 내지 1350nm 사이인 치아 촬영 시스템.
제2항에 있어서,

상기 광학 질의 빔의 파장 범위 또는 상기 파장은 대략 1500nm 내지 1600nm 사이인 치아 촬영 시스템.
제2항에 있어서,

상기 광원은 레이저 다이오드인 치아 촬영 시스템.
제2항에 있어서,

상기 광원은 발광 다이오드인 치아 촬영 시스템.
제2항에 있어서,

상기 광학 질의 빔에 조절을 인가하는 조절기(modulator)를 더 구비하며,

상기 신호 처리기는 상기 인가된 조절을 기초로 상기 사진 정보를 확인하는 치아 촬영 시스템.
제8항에 있어서,

상기 인가된 조절은 상기 질의 빔의 휴지 시간(dwell time)보다 더 크지 않은 주기를 갖는 치아 촬영 시스템.
제8항에 있어서,

상기 인가된 조절은 상기 사진 정보와 연결된 상기 주파수들보다 더 큰 주파수인 치아 촬영 시스템.
제2항에 있어서,

상기 치아 조절 광학 플럭스의 파장 또는 파장 범위와 다른 파장 또는 파장 범위에서 광속을 차단하기 위해 상기 검출 시스템에 관하여 배치된 광학 필터를 더 구비하는 치아 촬영 시스템.
제2항에 있어서,

상기 광학 검출 시스템은 제1 광학 신호 및 제2 광학 검출 신호 각각을 생성하는 제1 광학 검출기 및 제2 광학 검출기를 포함하는 치아 촬영 시스템.
제12항에 있어서,

상기 광학 질의 빔은 제1 파장 범위에서 광학 플럭스와 제2 파장 범위에서 광학 플럭스를 포함하며,

상기 제1 광학 검출기와 상기 제2 광학 검출기는 상기 제1 파장 범위 및 상기 제2 파장 범위에서, 각각, 치아 조절 광학 플럭스에 기초한 상기 제1 광학 검출 신호 및 상기 제2 광학 검출 신호를 생성하는 치아 촬영 시스템.
제2항에 있어서,

상기 질의 광학 스캐너는 스캔 제어기 및 상기 스캔 제어기에 반응하여 선택적으로 배치되는 출력 단부를 갖는 광학 도파관을 포함하며, 상기 광학 질의 빔은 상기 광학 도파관의 상기 출력 단부를 나오는 광학 방사(optical radiation)에 연결되는 치아 촬영 시스템.
제14항에 있어서,

상기 광학 도파관은 광섬유인 치아 촬영 시스템.
제2항에 있어서,

상기 질의 광학 스캐너는 적어도 하나의 스캔 방향을 따라 상기 광학 질의 빔을 주사하는 적어도 하나의 회전가능한 거울을 포함하는 치아 촬영 시스템.
제2항에 있어서,

디스플레이 표면상에 광학 디스플레이 빔을 향하게 하는 디스플레이 광학 스캐너를 포함하는 치아 디스플레이 스캐닝 시스템을 구비하며,

상기 광학 디스플레이 빔의 조절은 치아 조절 광학 플럭스에 연결되는 상기 적어도 하나의 치아의 가사광 영상을 생성하기 위해 선택되는 치아 촬영 시스템.
제17항에 있어서,

상기 디스플레이 광학 스캐너와 상기 질의 광학 스캐너는 일반적인 광학 빔 스캐너에 기초하며 상기 치아 디스플레이 스캐닝 시스템이 구성되므로 상기 광학 디스플레이에 의해 생성되는 상기 적어도 하나의 치아의 상기 가사광 영상은 상기 적어도 하나의 치아의 표면상에 형성되는 치아 촬영 시스템.
제17항에 있어서,

상기 치아 디스플레이 스캐닝 시스템은 상기 적어도 하나의 치아에 인접하여 배치되며, 상기 치아 디스플레이 스캐닝 시스템은 구성되므로 현재 또는 종전의 치아 조절 광학 플럭스에 연결된 상기 치아의 가사광 영상이 상기 영상 스크린에 형성되는 치아 촬영 시스템.
제19항에 있어서,

상기 디스플레이 광학 스캐너 및 상기 질의 광학 스캐너는 일반적인 광학 빔 스캐너에 기초하는 치아 촬영 시스템.
제2항에 있어서,

상기 광학 검출 시스템에 상기 치아 조절 광학 플럭스를 연결하는 광 커플링 장치(light coupling device)를 더 구비하는 치아 촬영 시스템.
제21항에 있어서,

상기 광 커플링 장치는 상기 광학 검출 시스템에 상기 적어도 하나의 치아의 선택된 영역으로부터의 상기 치아 조절 광학 플럭스를 선택적으로 연결하는 치아 촬영 시스템.
제21항에 있어서,

상기 광 커플링 장치는 상기 광학 검출 시스템에 상기 치아 조절 광학 플럭스를 향하게 하도록 배치되는 도파부(light guide)를 구비하는 치아 촬영 시스템.
소정의 표면 형태를 갖는 광학적 투과 커플링 표면(optically transmissive coupling surface);

상기 커플링 표면과 광학적으로 소통하는 광학적 투과 정합 재료(optically transmissive conformable material)을 구비하며,

상기 정합 재료는 치아 표면에 맞는 치아 촬영 장치.
제24항에 있어서,

상기 커플링 표면은 상기 정합 재료에 제공되는 치아 촬영 장치.
제24항에 있어서,

상기 커플링 표면은 광학 윈도우(optical window)에 제공되며, 상기 정합 재료는 상기 광학 윈도우와 접촉하는 치아 촬영 장치.
제26항에 있어서,

상기 표면의 소정의 형태는 실질적으로 평면인 치아 촬영 장치.
적어도 하나의 치아의 내부에 연결되는 치아 조절 광학 플럭스를 생성하기 위해 상기 적어도 하나의 치아의 적어도 일부분에 질의 빔을 주사하는 단계(scanning); 및

상기 치아 조절 광학 플럭스를 처리하고 상기 적어도 하나의 치아의 영상을 획득하는 단계;를 구비하는 치아 촬영 방법.
제28항에 있어서,

상기 질의 빔은 대략 1000nm 내지 1800nm 상의 파장에서 광학 방사를 이루는 치아 촬영 방법.
제29항에 있어서,

굴절률 정합 재료(index matching material)를 통해 상기 치아에 상기 질의 빔을 향하게 하는 단계를 더 구비하는 치아 촬영 방법.
제29항에 있어서,

상기 굴절률 정합 재료는 상기 적어도 하나의 치아에 인가되는 유체를 구비하는 치아 촬영 방법.
상기 굴절률 정합 재료는 상기 치아 표면에 맞는 고체 재료를 구비하는 치아 촬영 방법.
제29항에 있어서,

상기 치아 조절 플럭스에 기초한 상기 치아 부근에서 상기 치아의 영상을 형성하기 위해 광학 디스플레이 빔을 주사하는 단계를 더 구비하는 치아 촬영 방법.
제29항에 있어서,

상기 광학 디스플레이 빔이 상기 치아 조절 플럭스에 기초한 상기 치아 상에 직접적으로 상기 적어도 하나의 치아의 영상을 형성하기 위해 광학 디스플레이 빔 및 일반적인 광학 스캐너를 갖는 질의 빔을 주사하는 단계를 더 구비하는 치아 촬영 방법.
제29항에 있어서,

상기 질의 빔을 주사하는 단계는 제1 파장 및 제2 파장에서 제1 질의 빔과 제2 질의 빔을 각각 주사하는 단계를 구비하며, 각각의 치아 조절 광학 플럭스는 상기 치아의 적어도 하나의 영상에서 형성되도록 처리되는 치아 촬영 방법.
제35항에 있어서,

상기 제1 질의 빔과 상기 제2 질의 빔은 상기 동일한 광학 주사 장치에 의해 상기 치아 상에 실질적으로 동시에 주사되는 치아 촬영 방법..
제35항에 있어서,

상기 제1 파장과 상기 제2 파장에 연결된 상기 치아 조절 광학 플럭스는 제1 광학 검출 신호와 제2 광학 검출 신호를 각각 생성하는 제1 검출기와 제2 검출기에 의해 처리되는 치아 촬영 방법.
제35항에 있어서,

일반적인 검출기를 구비하며 상기 제1 파장 또는 상기 제2 파장에 연결되는 상기 치아 조절 플럭스를 선택적으로 처리하는 단계를 더 구비하는 치아 촬영 방법.
제29항에 있어서,

카메라로 상기 치아의 가시광 영상을 형성하는 단계를 더 구비하는 치아 촬 영 방법.
제33항에 있어서,

일반적인 스캐너로 상기 광학 질의 빔과 상기 디스플레이 빔을 주사하는 단계를 더 구비하는 치아 촬영 방법.
제29항에 있어서,

적어도 두 개의 영상을 기초로 한 깊이 표시(depth indication)를 제공하기 위해 치아 표면상 또는 부근에 적어도 하나의 마커(marker)를 제공하는 단계를 더 구비하는 치아 촬영 방법.
제29항에 있어서,

상기 처리 단계는 제1 검출기와 제2 검출기, 각각과 연결되는 제1 광학 검출 신호와 제2 광학 검출 신호를 생성하는 단계를 구비하는 치아 촬영 방법.
제1 방향과 제2 방향, 각각에서 보여지는 치아의 내부와 연결되는 적어도 제1 영상과 제2 영상을 생성하는 광학 시스템; 및

상기 치아의 표면에 배치되며 상기 제1 영상 및 제2 영상에 기초한 깊이 표시를 제공하기 위해 위치되는 적어도 하나의 마커;를 구비하는 치아 촬영 시스템.