TWI704337B

TWI704337B - 分辨牙菌斑和牙結石之方法及裝置

Info

Publication number: TWI704337B
Application number: TW108131156A
Authority: TW
Inventors: 鄭楷儒; 謝昕倫; 丁敬原; 呂宗鑫; 吳煥堂; 陳少昂; 陳毓訓; 王佳琪; 宋志偉; 沈煥斌
Original assignee: 廣達電腦股份有限公司
Priority date: 2019-08-30
Filing date: 2019-08-30
Publication date: 2020-09-11
Also published as: EP3785607A1; US11471034B2; US20210059511A1; CN112438703A; TW202109009A

Abstract

本揭露提出一種分辨牙菌斑和牙結石之方法，適用於一裝置，上述方法包括：藉由一藍光二極體發射藍光以照射口腔中的牙齒，其中上述藍光用以產生位於上述牙齒上牙菌斑和牙結石的自體螢光；藉由一圖像感測器圖像感測上述牙菌斑和上述牙結石的上述自體螢光；以及藉由一處理器根據上述自體螢光分辨位於上述牙齒的牙菌斑部位和牙結石部位。

Description

分辨牙菌斑和牙結石之方法及裝置

本揭露一般涉及分辨牙菌斑和牙結石之方法及裝置，且更加具體地說係有關於一種利用牙齒上牙菌斑和牙結石的自體螢光分辨牙菌斑和牙結石之方法及裝置。

齲齒或牙周病被認為是由牙菌斑及牙結石中存在的細菌所引起的感染性疾病。去除牙菌斑及牙結石對於口腔健康非常重要。

然而，在口腔護理中，牙菌斑及牙結石不容易由肉眼識別。傳統上會使用牙菌斑顯示劑以區別牙菌斑與牙結石，但過程瑣碎且檢測後需費時清洗被染色的部分，如何使牙科醫師乃至於一般大眾進行口腔護理時，能夠及時、方便、快速掌握牙菌斑及牙結石部位成為現今欲解決之課題。因此，需要一種分辨牙菌斑和牙結石的方法及裝置，以幫助檢測牙菌斑和∕或牙結石。

以下揭露的內容僅為示例性的，且不意指以任何方式加以限制。除所述說明方面、實施方式和特徵之外，透過參照附圖和下述具體實施方式，其他方面、實施方式和特徵也將顯而易見。即，以下揭露的內容被提供以介紹概念、重點、益處及本文所描述新穎且非顯而易見的技術優勢。所選擇，非所有的，實施例將進一步詳細描述如下。因此，以下揭露的內容並不意旨在所要求保護主題的必要特徵，也不意旨在決定所要求保護主題的範圍中使用。

因此，本發明之主要目的即在於提供一種分辨牙菌斑和牙結石的方法及裝置，以幫助檢測牙菌斑和∕或牙結石。

在一些實施例中，上述藍光二極體以一時間週期發射具有相同波長帶的上述藍光，且上述藍光二極體在上述時間週期中係以調變一波形的光源輸出功率發射上述藍光。

在一些實施例中，根據上述自體螢光分辨位於上述牙齒的牙菌斑部位和牙結石部位之步驟更包括：藉由上述處理器根據在上述時間週期內上述牙結石的一第一自體螢光發光週期及上述牙菌斑的一第二自體螢光發光週期分辨位於上述牙菌斑部位和上述牙結石部位。

在一些實施例中，上述調變波形係一三角波形。

在一些實施例中，上述藍光二極體係發射包括在370納米(nm)至430納米範圍內波長帶的藍光。

本揭露提出一種分辨牙菌斑和牙結石的裝置，包括：一藍光二極體，發射藍光以照射口腔中的牙齒，其中上述藍光用以產生來自上述牙齒上牙菌斑和牙結石的自體螢光；一圖像感測器，圖像感測上述牙菌斑和上述牙結石的上述自體螢光；以及一處理器，耦接至上述圖像感測器，用以根據上述自體螢光分辨位於上述牙齒的牙菌斑部位和牙結石部位。

在下文中將參考附圖對本揭露的各方面進行更充分的描述。然而，本揭露可以具體化成許多不同形式且不應解釋為侷限於貫穿本揭露所呈現的任何特定結構或功能。相反地，提供這些方面將使得本揭露周全且完整，並且本揭露將給本領域技術人員充分地傳達本揭露的範圍。基於本文所教導的內容，本領域的技術人員應意識到，無論是單獨還是結合本揭露的任何其它方面實現本文所揭露的任何方面，本揭露的範圍旨在涵蓋本文中所揭露的任何方面。例如，可以使用本文所提出任意數量的裝置或者執行方法來實現。另外，除了本文所提出本揭露的多個方面之外，本揭露的範圍更旨在涵蓋使用其它結構、功能或結構和功能來實現的裝置或方法。應可理解，其可透過申請專利範圍的一或多個元件具體化本文所揭露的任何方面。

詞語「示例性」在本文中用於表示「用作示例、實例或說明」。本揭露的任何方面或本文描述為「示例性」的設計不一定被解釋為優選於或優於本揭露或設計的其他方面。此外，相同的數字在所有若干圖示中指示相同的元件，且除非在描述中另有指定，冠詞「一」和「上述」包含複數的參考。

可以理解，當元件被稱為被「連接」或「耦接」至另一元件時，該元件可被直接地連接到或耦接至另一元件或者可存在中間元件。相反地，當該元件被稱為被「直接連接」或「直接耦接」至到另一元件時，則不存在中間元件。用於描述元件之間的關係的其他詞語應以類似方式被解釋（例如，「在…之間」與「直接在…之間」、「相鄰」與「直接相鄰」等方式）。

第1圖係顯示根據本揭露一實施例中以一檢測裝置120檢測牙齒110的工作示意圖。在第1圖中，檢測裝置120可至少包括一藍光二極體122、一圖像感測器124以及可整合至檢測裝置120內部之一處理器（圖未顯示）。

在一些實施例中，藍光二極體122可以在通電時發出包括波長帶範圍處於370至430納米(nm)內的藍光，以照射口腔中的牙齒110。更詳細地說明，當使用上述波長帶範圍的入射藍光照射牙齒110時，牙齒110上之牙菌斑和牙結石會發出自體螢光(autofluorescence)。

圖像感測器124用以圖像感測上述牙菌斑和上述牙結石發出的自體螢光。在一實施例中，圖像感測器124可為單點式的光偵測器(photodetector)或是陣列形式的感光元件（例如，感光耦合元件(Charge Coupled Device，CCD)或互補性氧化金屬半導體(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，CMOS）。單點式的光偵測器可直接對單一像素進行分析，而陣列形式的感光元件可藉由影像處理方法將各個幀中屬同樣區域的像素進行分析。

處理器可耦接至圖像感測器124，用以接收圖像感測器124所感測牙菌斑和牙結石發出的自體螢光結果，根據上述自體螢光分辨位於上述牙齒110的牙菌斑部位和牙結石部位。

檢測裝置120可使用網路150連接至一電子裝置130，以傳送處理器所分辨的包括牙菌斑部位和牙結石部位之影像至電子裝置130。示例性電子裝置可以包括桌上型電腦、筆記型電腦、智慧型手機、個人數位助理(PDA)、平板電腦或任何其他具有顯示螢幕之裝置。使用者可透過電子裝置130觀察影像中位於牙齒110上的牙菌斑部位和牙結石部位。網路150可提供有線和∕或無線網路。網路150也可包括區域網路(Local Area Network，LAN)（例如，內聯網）、無線區域網路(Wireless Local Area Network，WLAN)或Wi-Fi網路、第三代(3G)或第四代(4G)移動電信網路、廣域網路(Wide Area Network，WAN)、網際網路(Internet)、藍牙或其任何適當的組合。

在所示的實施例中，檢測裝置120係與發光二極體122被整合至一單一裝置中。被整合至一單一裝置中檢測裝置120可與檢測裝置120分開。須注意的是，檢測裝置120可為一般的電子設備，像是牙鏡等設備。雖然第1圖之檢測裝置120係以牙鏡表示，但本領域之技術人士應可理解本發明並不侷限於此。

第2圖係以一方式表示根據本發明一實施例所述之檢測裝置200之簡化功能方塊圖。如第2圖所示，檢測裝置200可以是第1圖中之檢測裝置120。

在第2圖中，檢測裝置200可包括輸入裝置202、輸出裝置204、藍光二極體206、圖像感測器208、控制電路212及收發器220。控制電路212可包括中央處理器(Central Processing Unit，CPU)214及記憶體216。

檢測裝置200可利用輸入裝置202，（例如，按鈕）接收使用者輸入訊號；也可由輸出裝置204輸出影像。而藍光二極體206可在通電時發出包括波長帶範圍處於370至430納米(nm)內的光。在另一實施例中，藍光二極體206可以發出波長為405納米(nm)的藍光。其中波長為405納米(nm)的藍光可有效地產生來自正常牙齒組織和異常牙齒組織之間可檢測到的自體螢光發射。

圖像感測器208用於對口腔進行圖像感測，並將口腔的感測影像傳送至中央處理器214，供中央處理器214根據感測影像中的自體螢光分辨位於口腔中牙齒的牙菌斑部位和牙結石部位。

記憶體216可儲存一程式碼218。控制電路212在記憶體216中透過中央處理器214執行程式碼218，並以此控制在檢測裝置200中所進行之作業。收發器220在此用作接收及發送無線訊號，將接收之訊號送往控制電路212，以及以無線/有線方式輸出控制電路212所產生之訊號。

第3圖係顯示根據本揭露一實施例所述之動態調整螢光成像的方法300之流程圖。此方法可執行於如第1圖所示之檢測裝置120的處理器中。

在步驟S305中，檢測裝置之一藍光二極體發射藍光以照射口腔中的牙齒，其中上述藍光用以產生位於上述牙齒上牙菌斑和牙結石的自體螢光。在一實施例中，藍光二極體係發射包括在370納米(nm)至430納米範圍內波長帶的藍光。在另一實施例中，上述藍光二極體以一時間週期發射具有相同波長帶的藍光，且上述藍光二極體在上述時間週期中係以調變一波形的光源輸出功率發射上述藍光。

接著，在步驟S310中，檢測裝置之一圖像感測器圖像感測上述牙菌斑和上述牙結石的上述自體螢光。在步驟S315中，檢測裝置之一處理器根據上述自體螢光分辨位於上述牙齒的牙菌斑部位和牙結石部位。

下方將詳細說明在步驟S315中處理器如何根據牙菌斑和牙結石的自體螢光分辨位於上述牙齒的牙菌斑部位和牙結石部位。

在此實施例中，假設藍光二極體係發射係發出波長為395納米(nm)的藍光。而處理器可以對藍光二極體的輸出功率進行調整以決定藍光二極體所發出藍光的亮度。第4圖係依據本揭露一實施例所述之藍光二極體的輸出功率的瓦數調變之示意圖。如圖所示，處理器控制藍光二極體在一時間週期中以一固定的調變時間間隔增加/減弱藍光二極體輸出功率的瓦數。在一實施例中，調變時間間隔長度的下限必須大於圖像感測器的曝光時間，上限並無特別限制，可視需求及實際輸出效果做調整，故本揭露並不侷限於此。在又一實施例中，調變時間間隔近似於圖像感測器之曝光時間的整數倍數可達到更佳的效果。

在此實施例中，藍光二極體的輸出功率由41.8毫瓦(mW)作為起始值。處理器將於固定的調變時間間隔增加約15.5mW的輸出功率，直到151.1mW為止。接著，處理器於固定時間間隔減少約15.5mW，直到41.8mW為止。藍光二極體的輸出功率於下一時間週期則可依照此方式循環輸出。此外，第4圖係採用100毫秒(ms)的調變時間間隔及33毫秒的圖像感測器曝光時間。因此，在一時間週期（例如，1.4秒）中，光源輸出功率呈現一三角波形。

於一些實施例中，光源輸出功率可呈現一梯形波形、鋸齒波形或正弦波形，因此本發明並不侷限於第4圖所示之實施方式。

接著，處理器可分析圖像感測器圖像感測到牙菌斑和牙結石自體螢光的強度。由於在牙菌斑進展至牙結石的過程中，發出紅色自體螢光的菌類（例如，革蘭氏陰性菌）濃度會越來越高，因此牙菌斑和牙結石自體螢光的強度變化將如第5圖所示。

更進一步說明，處理器可將發光強度35設為零點，以得到第6圖。值得注意的是，儘管在第6圖中係以發光強度35設為零點作為例子，但於一些實施例中，處理器可從發光強度25~45中選取任一值作為零點，因此本發明並不侷限於第6圖所示之實施方式。如第6圖所示，可明顯觀察到牙菌斑與牙結石有顯著不同的發光週期變化。處理器可根據在上述時間週期內牙結石的一第一自體螢光發光週期610及牙菌斑的一第二自體螢光發光週期620分辨牙菌斑部位和牙結石部位。

舉例來說，在時間為0～0.35秒內，由於牙結石的自體螢光能先被偵測到，故處理器可在上述時間內判斷出牙結石的部位。如第7A圖所示，處理器在時間為0～0.35秒內可根據自體螢光的部位判斷此部位即為牙結石部位710。而從時間0.35秒開始（即，藍光的亮度高於一臨界值時），牙菌斑的自體螢光才開始得以偵測到。如第7B圖所示，處理器根據在時間為0.35～1.05秒內牙齒上所出現的自體螢光的部位判斷此部位即為牙菌斑部位720。

值得注意的是，儘管藍光二極體之波長在第4圖中係以395納米(nm)作為例子，但本發明不應被限制於此。類似地，第5圖及第6圖的牙菌斑和牙結石自體螢光的強度可能依不同組件（藍光二極體、圖像感測器）的設定而改變，因此本發明並不侷限於第5～6圖所示之實施方式。

如上所述，本揭露之分辨牙菌斑和牙結石之方法及裝置係根據牙菌斑和牙結石的自體螢光週期分辨出牙菌斑部位和牙結石部位，以達成幫助檢測牙菌斑和∕或牙結石區域之目的。

此外，在上述示例性裝置中，儘管上述方法已在使用一系列步驟或方框之流程圖的基礎上描述，但本發明不侷限於這些步驟的順序，並且一些步驟可不同於其餘步驟的順序執行或其餘步驟可同時進行。

此外，中央處理器214也可執行程式碼218以呈現上述實施例所述之動作和步驟，或其它在說明書中內容之描述。

以上實施例使用多種角度描述。顯然這裡的教示可以多種方式呈現，而在範例中揭露之任何特定架構或功能僅為一代表性之狀況。根據本文之教示，任何熟知此技藝之人士應理解在本文呈現之內容可獨立利用其他某種型式或綜合多種型式作不同呈現。舉例說明，可遵照前文中提到任何方式利用某種裝置或某種方法實現。一裝置之實施或一種方式之執行可用任何其他架構、或功能性、又或架構及功能性來實現在前文所討論的一種或多種型式上。

熟知此技藝之人士將了解訊息及信號可用多種不同科技及技巧展現。舉例，在以上描述所有可能引用到之數據、指令、命令、訊息、信號、位元、符號、以及晶片(chip)可以伏特、電流、電磁波、磁場或磁粒、光場或光粒、或以上任何組合所呈現。

熟知此技術之人士更會了解在此描述各種說明性之邏輯區塊、模組、處理器、裝置、電路、以及演算步驟與以上所揭露之各種情況可用的電子硬體（例如用來源編碼或其他技術設計之數位實施、類比實施、或兩者之組合）、各種形式之程式或與指示作為連結之設計碼（在內文中為方便而稱作「軟體」或「軟體模組」）、或兩者之組合。為清楚說明此硬體及軟體間之可互換性，多種具描述性之元件、方塊、模組、電路及步驟在以上之描述大致上以其功能性為主。不論此功能以硬體或軟體型式呈現，將視加注在整體系統上之特定應用及設計限制而定。熟知此技藝之人士可為每一特定應用將描述之功能以各種不同方法作實現，但此實現之決策不應被解讀為偏離本文所揭露之範圍。

此外，多種各種說明性之邏輯區塊、模組、及電路以及在此所揭露之各種情況可實施在積體電路(Integrated Circuit，IC)、存取終端、存取點；或由積體電路、存取終端、存取點執行。積體電路可由一般用途處理器、數位信號處理器(Digital Signal Processor，DSP)、特定應用積體電路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、現場可編程閘列(Field Programmable Gate Array，FPGA)或其他可編程邏輯裝置、離散閘(discrete gate)或電晶體邏輯(transistor logic)、離散硬體元件、電子元件、光學元件、機械元件、或任何以上之組合之設計以完成在此文內描述之功能；並可能執行存在於積體電路內、積體電路外、或兩者皆有之執行碼或指令。一般用途處理器可能是微處理器，但也可能是任何常規處理器、控制器、微控制器、或狀態機。處理器可由電腦設備之組合所構成，例如：數位訊號處理器(DSP)及一微電腦之組合、多組微電腦、一組至多組微電腦以及一數位訊號處理器核心、或任何其他類似之配置。

在此所揭露程序之任何具體順序或分層之步驟純為一舉例之方式。基於設計上之偏好，必須了解到程序上之任何具體順序或分層之步驟可在此文件所揭露的範圍內被重新安排。伴隨之方法權利要求以一示例順序呈現出各種步驟之元件，也因此不應被此所展示之特定順序或階層所限制。

雖然本揭露已以實施範例揭露如上，然其並非用以限定本案，任何熟悉此項技藝者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可做些許更動與潤飾，因此本案之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

110:牙齒

120:檢測裝置

122:發光二極體

124:圖像感測器

130:電子裝置

150:網路

200:檢測裝置

202:輸入裝置

204:輸出裝置

206:藍光二極體

208:圖像感測器

212:控制電路

214:中央處理器

216:記憶體

218:程式碼

220:收發器

300:方法

S305、S310、S315:步驟

610:第一自體螢光發光週期

620:第二自體螢光發光週期

710:牙結石部位

720:牙菌斑部位

第1圖係顯示根據本揭露一實施例中以一檢測裝置檢測牙齒的工作示意圖。第2圖係以一方式表示根據本發明一實施例所述之檢測裝置之簡化功能方塊圖。第3圖係顯示根據本揭露一實施例所述之動態調整螢光成像的方法之流程圖。第4圖係依據本揭露之一實施例所述之藍光二極體的輸出功率的瓦數調變之示意圖。第5圖係依據本揭露之一實施例所述之牙菌斑和牙結石自體螢光的強度之示意圖。第6圖係依據本揭露之一實施例所述之牙菌斑和牙結石自體螢光的強度之示意圖。第7A~7B圖依據本揭露之一實施例所述之牙菌斑和牙結石部位之示意圖。

300:方法

S305、S310、S315:步驟

Claims

一種分辨牙菌斑和牙結石之方法，適用於一裝置，上述方法包括：藉由一藍光二極體發射藍光以照射口腔中的牙齒，其中上述藍光用以產生位於上述牙齒上牙菌斑和牙結石的自體螢光；藉由一圖像感測器圖像感測上述牙菌斑和上述牙結石的上述自體螢光；以及藉由一處理器根據上述自體螢光分辨位於上述牙齒的牙菌斑部位和牙結石部位；其中上述藍光二極體以一時間週期發射具有相同波長帶的上述藍光，且上述藍光二極體在上述時間週期中係以調變一波形的光源輸出功率發射上述藍光。
如申請專利範圍第1項所述之分辨牙菌斑和牙結石之方法，其中根據上述自體螢光分辨位於上述牙齒的牙菌斑部位和牙結石部位之步驟更包括：藉由上述處理器根據在上述時間週期內上述牙結石的一第一自體螢光發光週期及上述牙菌斑的一第二自體螢光發光週期分辨位於上述牙菌斑部位和上述牙結石部位。
如申請專利範圍第1項所述之分辨牙菌斑和牙結石之方法，其中上述調變波形係一三角波形。
如申請專利範圍第1項所述之分辨牙菌斑和牙結石之方法，其中上述藍光二極體係發射包括在370納米(nm)至430納米範圍內波長帶的藍光。
一種分辨牙菌斑和牙結石的裝置，包括：一藍光二極體，發射藍光以照射口腔中的牙齒，其中上述藍光用以產生來自上述牙齒上牙菌斑和牙結石的自體螢光；一圖像感測器，圖像感測上述牙菌斑和上述牙結石的上述自體螢光；以及一處理器，耦接至上述圖像感測器，用以根據上述自體螢光分辨位於上述牙齒的牙菌斑部位和牙結石部位；其中上述藍光二極體以一時間週期發射具有相同波長帶的上述藍光，且上述藍光二極體在上述時間週期中係以調變一波形的光源輸出功率發射上述藍光。
如申請專利範圍第5項所述的分辨牙菌斑和牙結石的裝置，其中上述處理器根據上述自體螢光分辨位於上述牙齒的牙菌斑部位和牙結石部位之步驟更包括：根據在上述時間週期內上述牙結石的一第一自體螢光發光週期及上述牙菌斑的一第二自體螢光發光週期分辨位於上述牙菌斑部位和上述牙結石部位。
如申請專利範圍第5項所述的分辨牙菌斑和牙結石的裝置，其中上述調變波形係一三角波形。
如申請專利範圍第5項所述的分辨牙菌斑和牙結石的裝置，其中上述藍光二極體係發射包括在370納米(nm)至430納米範圍內波長帶的藍光。