用於檢測牙結石的系統和方法
2023-07-16 06:46:16
專利名稱：用於檢測牙結石的系統和方法
技術領域：
本發明涉及牙結石的檢測和去除，更具體地，涉及齦下結石的檢測和去除。
背景技術：
利用如潔齒器(scaler)或聲波或超聲波設備等去除牙結石對於防治牙周疾病是非常重要的，牙周疾病是指如骨頭B、齒齦G、韌帶等圍繞牙齒的組織的疾病。積累在牙齒表面上的牙菌斑鈣化成牙結石。由於牙結石是包含細菌並易於在其表面上積累這些病原菌的多孔物質，必須去除齦上結石和齦下結石S(參見圖2)。
在健康的牙周組織(參見圖1)中，不存在牙周袋。但是，當出現牙周疾病時，則由齒齦G的內表面O和牙齒T的根部R形成了這種牙周袋P，其頂端靠近於牙周韌帶L。從而，可以在這種牙周袋P中發現齦下結石S。
因此，為了預防可以導致嚴重健康問題的牙周問題，重要的是，在牙結石形成時，將其從牙齒表面去除；另一方面，牙結石的去除很困難，而且以一種摸索的方式進行，由於齦下結石為齒齦所覆蓋，在常規條件下，人眼通常是看不到齦下結石的。為了去除齦下結石(即，位於齒齦後面)，操作者必須利用探針、通過觸覺來試圖定位牙結石，但如果不藉助侵入性外科手術，不可能實際觀察齦下結石，以確保齦下結石的完全去除。
由美國專利No.5,230,621和No.5,326,365知道了將內窺鏡方法和設備用於齦下結石的去除。在這種系統中，將內窺鏡探針插入齦袋或齦溝中，以便內窺顯現其他操作器械所進行的齦下根面平整術、刮牙術或其他牙菌斑去除步驟的過程和/或效果。代替地，可以將內窺鏡觀察設備併入其自身用於從齦下牙齒表面去除沉積物質的操作器械中，藉此，操作者可以在使用牙菌斑去除器械本身的同時觀察和/或引導器械。從而，操作者觀察提供了內窺鏡觀察的圖像的監視器，而且操作者通過觀察監視器，檢測齦下結石的出現。這種系統是有效的，但對於使用有些麻煩，因為為了觀察監視器，操作者必須停止觀察病人的嘴。此外，由於其需要監視器和相關的硬體，此系統相對較為昂貴。
因此，需要一種齒科器械，其可以利用牙結石去除器械等自動地檢測齦下結石的出現，不需要使用監視器，而且由於不必觀察監視器、而使病人的嘴離開操作者的視線，允許操作者將其工作集中在病人的嘴裡。這種器械將通過提供一種在操作者使用牙結石去除器械的同時、幫助操作者進行診斷的系統，促進操作者去除齦下結石的工作。
發明內容
因而，本發明的一個目的是提供一種用於檢測包括齦下結石在內的牙結石的新型系統。
本發明的又一目的是提供一種用於檢測牙結石的新型系統，該系統根據其光譜反射特性，自動檢測牙結石。
本發明的另一目的是提供一種系統，在該系統中，在檢測到齦下結石之後，將視覺、基於聲音的、觸覺或其他信號提供給操作者或牙結石去除設備(在提供給牙結石去除設備的情況下，由所述信號控制該器械)，其中，通過在齦下區域所進行的測量得到這種檢測，而且所述測量在適合於區分構成了牙結石出現的特徵的光譜反射特徵的一個或多個預定的波長範圍內進行。
因此，依照本發明，提供了一種牙結石檢測和去除設備，包括牙結石去除器械，適合於沿牙齒移動；照明裝置，以入射光照亮牙齒上要檢查的區域或與牙齒相鄰的區域；檢測裝置，用於收集反射光；以及分析系統，當對於一個或多個預定波長範圍內的反射光的測量落入作為牙結石的特徵的任何第一預定數值範圍內時，或者當所述測量未落入作為除了牙結石之外的其他人工產物的特徵的任何第二預定數值範圍內時，向所述牙結石去除器械的操作者，或者向所述牙結石去除器械提供信號，從而響應所述信號，可以操作所述牙結石去除器械，來去除所述區域或其相鄰區域的牙結石。
同樣，依照本發明，提供了一種用於檢測和從牙齒上去除牙結石的方法，包括以下步驟(a)與檢測設備一起，提供照射在牙齒區域上的入射光和自然光源之一；(b)利用所述檢測設備收集並測量從牙齒的所述區域反射的光；(c)分析所述反射光，確定所述反射光是否表示牙結石的出現；(d)當在步驟(c)中檢測到牙結石的出現時，向牙結石去除器械的操作者或牙結石去除設備提供信號；以及(e)在所述檢測設備基本上保持在所述區域中的位置上的同時，利用所述去除設備從所述區域去除牙結石。
動力牙結石去除設備或牙結石去除設備可以包括聲波潔齒器、超聲波潔齒器、旋轉潔齒器、壓電潔齒器、任何手動器械(如，刮匙)或適合於牙科操作者去除牙結石的任何類型的設備。
已經總體上描述了本發明的特徵，現在將給出通過本發明的優選實施例的描述所示出的附圖，作為參考，其中圖1a是牙齒及其周圍組織的示意性垂直剖面圖；圖1是圖1a的圓圈1-1的放大圖；圖2是與圖1相類似的示意圖，但示出了牙根和齒齦之間的牙周袋和容納在牙周袋中的齦下結石；圖3是依照本發明具有檢測牙結石的系統的牙結石去除器械的示意圖；圖4和圖4a是圖3中的連接器系統的示意性放大局部細節圖；圖4b是圖3的箱體的一些部件的示意性細節圖；圖5a、5b和5c分別是本發明的牙結石檢測和去除刮匙的透視圖、正視圖和放大細節圖；圖6是本發明的另一牙結石檢測和去除器械的透視圖；圖7a和7b分別是圖4和圖4a的牙結石檢測和去除器械的縱向剖面圖和放大細節圖；圖8是本發明的另一牙結石檢測和去除器械的局部的透視圖；圖8a是朝向和背向牙齒表面放置的圖8的牙結石檢測和去除器械的示意圖；圖9和圖9a分別是具有一次性末端的本發明的另一牙結石檢測和去除器械的局部的透視圖和細節放大圖；圖9b和圖9c分別是具有一次性末端的本發明的另一牙結石檢測和去除器械的局部的縱向剖面圖和分解正視圖；圖9d是具有一次性末端的本發明的另一牙結石檢測和去除器械的局部的縱向剖面與分解圖；圖10是本發明的另一牙結石檢測和去除器械的局部的透視圖；圖11是本發明的另一牙結石檢測和去除器械的局部的透視圖；圖12是本發明的另一牙結石檢測和去除器械的局部的正視圖；圖13和圖13a分別是本發明的牙結石檢測和去除器械的局部的透視圖和放大細節圖；圖14是本發明的另一牙結石檢測和去除器械的局部的透視圖；圖15a、15b和15c是用於組合多個光束並將其耦合到一根或多根光纖中的三種方法的示意圖；圖16a、16b和16c是描述了三種診斷順序的示意圖；以及圖17是本發明的另一牙結石檢測和去除器械的局部的透視圖。
具體實施例方式
本發明是一種具有適於用作內窺鏡型設備的牙結石去除器械、用於自動檢測齦下結石S的系統10，使用如下的光學方法該方法基於牙結石的電磁譜反射特性，來區別牙齒上的結石和牙齒的健康區域、齒齦、血以及事實上區分將上述的牙結石去除器械插入牙齒和齒齦之間時、該器械所遇到的除了牙結石以外的任何其他人工產物。
更具體地，系統10包括三個主要的機械裝置，分別為(1)包括光學部件的牙結石去除系統；(2)牙結石檢測系統，包括容納光學部件、光源和獲取部件和信號處理電子裝置的箱體、能夠與供水系統或水源30相連的進水口、在動力牙結石去除器械中(例如，在Cavitron中或在刮匙中)通常可以發現的所有部件1000，還包括電纜線股，該電纜線股包括光纖、在動力牙結石去除器械電纜中通常可以發現的所有部件，並且將牙結石去除器械的插頭與所述箱體相連；以及(3)控制系統，在診斷時，能夠激活牙結石去除系統的動力牙結石去除器械，例如，該控制系統具有(i)由操作者OP開動的手動控制或動力踏板；或者(ii)開動與診斷相關的動力牙結石去除器械的模塊(如，電子部件或機電部件等)。
事實上，系統10包括動力牙結石去除器械插頭12，在其末端包含用於檢測牙結石的光學系統，雖然這種光學系統可以設置在此末端外部。這裡的光學系統包括光纖，更具體地，包括用於照亮齦下區域的一根或多根照明光纖14和用於接收所檢查的位置或牙周位置的反射光的一根或多根檢測光纖16，反射光隨後用於確定此區域的光譜反射特性(雖然可以使用出光纖以外的其他裝置，如，稜鏡、鏡子等)。可以嘗試將單一的光纖用於照明和檢測功能。動力牙結石去除器械插頭12具有適於插入牙周袋P中的彎曲的端部60，在端部60中包含照明光纖14和檢測光纖16，延伸至端部60的封閉端或末端36，照明光纖14和檢測光纖16的末端均位於末端36。端部60可以非常尖，具有刮刀等的形狀。
動力牙結石去除器械插頭12包括手柄18。動力牙結石去除器械插頭12還包括連接器46，例如，連接器46位於手柄18的近端。通過與動力牙結石去除器械相同的系統將水注入或供應到齦下區域。用水衝洗牙周袋P，以便提高檢測效率。
與踏板同時開動衝洗系統(irrigation system)和動力牙結石去除器械的傳統動力牙結石去除器械不同，可以在不開動動力牙結石去除器械的情況下，使用衝洗系統。
電纜線股32將動力牙結石去除器械插頭12與設置在箱體34中的電子系統相連，動力牙結石去除器械箱體可以具有適於與外部電源(如圖6所示，除非箱體34由放置在其內部的電池31供電)相連以及通過供水管33與水源30(可以是與箱體34一體的可攜式水池)的形狀和大小，從而得到可攜式系統S。通過作為部分電纜線股32的光纖14和16的近端，可以向或從箱體34傳送通過動力牙結石去除器械插頭12中的照明和檢測光纖14和16的末端部分傳播的光。電纜線股32支持和保護照明和檢測光纖14和16以及在動力牙結石去除器械電纜中通常可以發現的部件(包括部分供水管33和插頭的電源)。電纜線股32可分離地與設置在動力牙結石去除器械插頭12的手柄18的近端33的連接器46相連，從而，動力牙結石去除器械插頭12可以與電纜線股32分離，允許將動力牙結石去除器械插頭12單獨送往如高壓消毒蒸鍋、化學滅菌器(chemiclave)等消毒設備。這裡的連接器46用作光纖連接器，從而允許插頭12與電纜線股32分離，但也可以不具有這種光學連接器，只要存在連接器，允許插頭12或部分插頭12與系統的其餘部分分離，從而能夠對插頭的相關部分進行消毒。代替地，動力牙結石去除插頭12也可以是一次性的，從而將其丟棄，而不進行消毒。
為了照明所述位置(即，牙周袋P)而設置的一根或多根照明光纖14中的每一根均使其一端面向光源(可以設置有或不設置有光波長選擇濾波器)，而另一端位於動力牙結石去除器械插頭12的末梢自由端36。在電纜線股32和動力牙結石去除插頭12之間的連接器46斷開(或切斷)每根光纖14。
一根或多根檢測光纖16中的每一根(可以是與用於「照亮」牙周袋P的光纖14相同的一根光纖)均用於接收來自牙周位置的反射「光」(電磁波UV、可見光、IR等)。每根檢測光纖16均使其一端位於動力牙結石去除器械插頭12的末端36，而另一端面向光電檢測器(或電光轉換器)38(可以包括或不包括光波長選擇濾波器)。在電纜線股32和動力牙結石去除器械插頭12之間的連接器46斷開(或切斷)每根光纖16。可以在電或光路徑上的任何位置設置電或光濾波器。
檢測器38與裝在箱體34中的電子系統相連。
在檢測器或從檢測器所傳遞的信號起，可以存在電子或物理(光學)濾波系統，使檢測更為簡易，例如，從接收到的波長中去除那些由非牙結石結構所引起的分量或檢測不需要的那些分量，從而增強重要的信號。濾波系統也可以將信號分為兩個或多個不同的光譜區。
然後，由電子處理器對濾波之後的信號或未經濾波直接來自檢測器的信號進行分析，確定在動力牙結石去除插頭12的末端36是否出現了牙結石。
如果檢測到牙結石，則啟動指示器(發光、聲音或任何其他操作者可以感覺到的方式)，從而通知操作者，在動力牙結石去除插頭12的末端36所檢查的區域中出現了牙結石。同時通知操作者或不通知操作者，系統在檢測到牙結石時可以通過啟動控制箱400來啟動牙結石去除器械插頭12，以便能夠當時去除位於動力牙結石去除器械插頭12的末端36的牙結石。例如，指示器可以採用位於動力牙結石去除器械插頭12上的發光指示器42的形式，通過箱體34和動力牙結石去除插頭12的手柄18之間的一根或多根光纖44，向發光指示器42傳送箱體34中產生的光，從而終止於設置在手柄18上的指示器42(同樣，參見圖7a和7b)，從而在檢測到牙結石時，操作者可以看到光纖44傳送過來的光。同樣，發光信號同樣可以來自位於手柄18上並與位於相同34中的開關電連接、而且在檢測到牙結石時、自動觸發的告警LED(發光二極體)。
位於電纜線股32末端的連接器46也提供了動力牙結石去除器械插頭12的手柄18和電纜線股32之間的可分離連接機制(參見圖4和圖4a)。電纜線股32也是照明和檢測光纖14和16、在動力牙結石去除器械電纜中通常可以發現的部件(包括供水管和電源)和可能存在的動力牙結石去除器械插頭12上的發光指示器42的光纖44的柔性護層。
箱體34可以包括電輸入電源48(電源可以是內部的或外部的)；一個或多個光源50(滷素燈泡、二極體、雷射器、雷射二極體)，可以由光波長選擇濾波器對其進行濾波，也可以不進行濾波；光電檢測器38；電子處理器(至少一個電晶體)和存儲器晶片，可以具有電子卡40(例如，可以用於存儲信息，或向計算機、印表機等電子系統傳送信息)的輸入端等；繼電器或開關54；按鈕401，用於啟動器械的校準程序；可能的一個或多個按鈕402，用於調整檢測靈敏度；可能的一個或多個按鈕403，用於校準病人的牙齒和牙周特徵；繼電器404，用於「打開/關閉」揚聲器56；揚聲器56具有發生器和放大器58，發出聲音，以通知操作者出現了牙結石，或者通知電子/電氣系統在檢測到牙結石時，自動啟動動力牙結石去除器械插頭12(可以控制或不控制功率強度與對應於牙結石的信號強度成正比，其中，較強的牙結石信號將引起較高的功率輸出給動力牙結石去除器械)。
從而，系統10可以通過照明光纖14將具有適當光譜組成的光傳輸到牙周袋中，並通過與照明光纖14不同或相同的檢測光纖16收回組成牙周袋或出現在牙周袋中的組織和人工產物反射的光。然後由箱體34中的光電檢測器38檢測此反射光，以便進行分析。根據通過出現在牙周袋中或組成牙周袋的組織或人工產物對光的反射，對入射光的光譜組成的改變，電子分析或機電分析(例如電子或信息算法)能夠根據光電檢測器38的信號確定動力牙結石去除器械插頭12的末端36是否位於牙結石附近。因而，如果反射光的光譜組成落入事先針對牙結石所確定的範圍內，電子分析或機電分析向操作者發送感覺信號，和/或啟動動力牙結石去除器械插頭12，例如，啟動手柄18上的發光指示器42，通過光纖44向指示器42傳送箱體34中產生的光，雖然也可以以聲音、振動等形式發出信號。
為了適應其工作端(即，插入牙周袋12中、去除牙結石的牙結石去除器械插頭12部分)受到磨損的現有動力牙結石去除器械(潔齒器、超聲波、壓電、手動刮匙及其他器械)，將本光學系統併入到工作端的內部或外部要求設計此光學系統，使其本身適於這種磨損。另一方面，也可以生產磨損非常小或根本不磨損的工作端。這可以通過提供耐磨塗層(如，鑽石)或通過使用非常堅硬的材料(如，陶瓷、金屬等)或者通過其他方法來實現。
如果在光學系統中使用光纖或任何光學裝置80，可以將其粘接或簡單地並置於相鄰的結構(如，位於末端或工作端60所限定的內腔中，其中水可以用作墊層)。為了粘接光纖，可以使用環氧型膠水。依賴於所選擇的結構，膠水可以是生物相容的、殺菌的等。
此外，為了附加的精確性和更好地抵抗機械拉力，可以通過利用銀或其他合金進行的焊接，將光學裝置固定在結構上。
為了能夠使光學裝置80進出工作端60，可以使用傳統的機械加工技術、模具等(如用於產生如3密耳等非常小直徑的孔的EDM機械加工)。
光纖可以具有25微米或更小的直徑，而這提供了設計工作端60的靈活性。
1)將如光纖等光學裝置80併入工作端內部i、中央光學裝置位於工作端的中心；ii、側面可以插入光學裝置，具有側對而不是通過底部看到的「捕獲端」82(參見圖17)，而且「捕獲端」82可以位於彎曲端部60的兩側。因為這種結構在牙齒表面面對「捕獲端」時更為有效，可以使工作端能夠旋轉；iii、多個能夠同時檢查多個區域的多個光學裝置(照明和收集)；iv、移動性光學裝置可以獨立地從能夠使光學元件移動的工作端移開(參見圖12中的移動光學部件)。通常對動力牙結石去除器械的工作端存在一定的磨損，具有照明移動性是適應這種磨損的一種方式(參見圖12)；v、位於捕獲部件末端的光學裝置(集成或非集成)在「捕獲端」的末端可以使用如透鏡等光學元件。此元件可以用以按照想要的方式定向輻射(例如，收集更多的橫向輻射而不是來自「底部」的輻射)。例如，可以使用能夠擴展的可膨脹部件。該光學部件可以是柔性的；vi、塗層可以在工作端上塗覆塗層，以防止磨損(如鑽石、陶瓷、環氧樹脂、塑料等)；vii、隧道在受到磨損的工作端中的光學裝置部分可以由能透過所需輻射的材料製成(參見圖13和圖13a中的參考數字122)，並能夠以與工作端相同的速率磨損。例如，光纖可以擔當工作端中的照明，但在最後3mm中；viii、多根光纖多根光纖可以用作光學裝置；ix、單一單一的光纖可以用作照明和收集的光學元件；x、其他光學部件光學裝置可以由鏡子和/或稜鏡(參見圖14中的參考數字124)或其他折射或反射光學部件製成。同樣可以設計插頭，從而延伸到齒齦，從而增強觀察。
2)如光纖等光學裝置80位於工作端60外部(參見圖8和圖8a)光學裝置可以放置在工作端結構外部的獨立部件中。使光學裝置部分位於外部能夠使其不受工作端結構的可能的磨損的影響。例如，此外部系統可以包括容納光學裝置的、具有非常小的內直徑的管84。與工作端60並行地插入此部件。工作端可以移動光學部件(參見圖8)，以觀察牙齒表面TS(參見圖8a)。這種類型的部件在定位捕獲端60上提供了更多的靈活性。也可以設計此系統，適用於任何動力去除器械，這樣可以稱為通用的。此系統可以是一次性的。與上面相同，此光學裝置可以是多個、具有塗層、隧道結構的、多根光纖結構的、單一光學結構的或使用其他光學部件。
3、可更換部分(一體化結構)i、獨立或組合可更換部分1、末端工作端的末端可以是可更換部分，具有或不具有光學裝置；2、工作端工作端本身可以是一次性部分，具有或不具有光學裝置。例如，工作端和光學裝置可以都是一次性的(參見圖9b和9c)，或者工作端可以是一次性的，而光學裝置是永久性的(參見9d)，工作端為套接頭形式，限定了滑動插入光學裝置的內腔；3、光纖部件(例如，移動光纖)光纖部件可以是一次性的，如，塑料、玻璃或其他材料的單光纖光學部件；例如，能夠通過工作端的內腔或其外部的光纜，比如，利用連續光纖光學反饋系統的某些軟組織或硬組織雷射器械；4、覆層或塗層可以用覆層76覆蓋工作端(參見圖11)以防止磨損。在集成了光學裝置以及光學裝置位於外部時，均可以使用這種覆層。這種覆層可以由金屬或特氟隆製成；可以是柔性的(如邁拉、聚四氟乙烯等)、可硬化的。覆層可以限定允許輻射足以通過光學裝置的捕獲端的孔。也可以不具有這種孔，只要其由足以允許電磁波通過的材料製成。
ii、固定方法1、螺杆——壓力推動工作端的螺杆可以使其牢牢固定；2、摩擦、徑向扣緊——普通的卡盤或軸環固定系統；3、壓入配合；4、粘貼——例如，使用在高壓消毒蒸鍋中分解的粘合劑，以便能夠去除可更換部分；可以利用輻射(藍光、UV等)使其硬化；5、旋轉擰緊——例如，空氣聲波設備在工作端或在可更換部分上設置螺紋，從而能夠將其固定在工作端的其他部分上或固定在插頭的手柄中的振動部分上。4、可以用於構成工作端並能較好地耐受磨損的材料i、鈦；ii、不鏽鋼，400系列，如420；淬硬的、錘鍛硬化的、冷拉或冷軋的金屬；iii、其他不鏽鋼；iv、陶瓷製品；v、塑料；vi、其他合適的金屬；vii、其他合適的材料。
5、光學元件，包括i、玻璃光纖；ii、由其他材料製成的光纖；iii、塑料光纖(聚酯等)；iv、透明膠；v、多個；vi、單個；
vii、一對；viii、稜鏡使光偏離正確方向的稜鏡構成了將光導向想要的方向的一種方法。這種光學裝置可以專用於無線手柄(wireless-handpiece)的情況，其中，輻射直接聚焦在沿想要的方向偏離光的稜鏡上。
ix、鏡子；x、透明陶瓷。
圖9和圖9a示出了兩種不同的一次性末端90和92，可分離地緊固於手柄18上，或者分別通過緊固件94(例如夾具、螺母等)或者其他螺紋嚙合、夾子、粘合劑、釺焊等緊固於手柄18上(參見圖9a中參考數字96的連接)。圖10示出了另一種一次性末端98，可分離地或通過夾具99緊固於手柄18上。
圖9b和9c示出了另一種一次性末端132，可分離地緊固於手柄18上，其中工作端和光學裝置都是一次性的，而且在光學裝置80的永久部分和位於一次性末端132中的一次性部分之間存在光學連接133。
在圖9d中，示出了另一種一次性末端134，其中工作端是一次性的，而光學裝置80是永久性的，工作端134具有套接頭形式，限定了滑動插入光學裝置80的內腔136。
這裡所描述的所有一次性末端其本身都不是一次性的，在返回彎曲端部60重新使用前，可以簡單地進行更換，以便進行消毒。
圖5a到5c示出了一種改進的手動刮匙130，依照本發明，設置有延伸到彎曲端部60並終止於捕獲端82的光學裝置80，使得刮匙130可以檢測牙結石的出現，然後按照其傳統的去除功能，使用刮匙130去除檢測到的牙結石。
具體參照圖4b，照明光纖14用於將來自具有不同發射光譜、位於箱體34中的兩個LED 62和64的光傳播到動力牙結石去除插頭12的末端36。將兩個LED 62和64發出的光耦合到照明光纖14中，為了這種耦合，使用二向色反射鏡，也被稱為分色光束分離器，由於其在波長上具有選擇性，通過某個波長範圍內的透射光，而反射另一波長範圍內的光。根據反射鏡反射或透射的波長範圍，這種二向色反射鏡或分色光束分離器也被稱為熱光鏡或冷光鏡。代替二向色反射鏡或分色光束分離器，也可以使用一組「Y」結構的透鏡或其他合適的裝置來組合LED62和64發出的光束，並將其耦合到照明光纖14中。在描述了照明光纖14中的耦合的圖4b中，參考數字66表示透鏡，而參考數字68表示大約45度或其他合適角度的分色光束分離器，其透射LED 62所發出的波長範圍內的光，而反射LED 64發出的5波長範圍內的光。
根據其中牙結石的反射特性與插入在牙齒和齒齦(牙齒和齒齦的健康或不健康部分)之間的動力牙結石去除器械插頭可能會碰到的其他人工產物的反射特性不同的光譜帶，選擇LED 62和64，即使出血時，仍然如此。事實上，在這些光譜帶中，血對光譜透射具有極小的作用。通過對400nm與1,000nm之間的電磁譜的波長範圍內牙結石的反射特性的光譜研究，確定對光譜帶的選擇。在有血和沒有血的情況下，分別進行了這種光譜研究。LED 62在光譜的紅光區域發光，其發射譜的峰值大約位於625nm，從600nm延伸至650nm。對於LED 64，其發射譜在800nm和920nm之間延伸。LED 62和64或任何其他合適的光源也可以利用適於區分牙結石的其他波長進行工作，如光譜的綠光區域。
對於用在本系統10中的檢測原理，基於以下原理進行操作。由檢測光纖16接收組成牙周袋P或在牙周袋P中出現的人工產物所反射的光，並傳送給位於箱體34中的光電二極體，從而轉換為電信號。以「同步」檢測原理，對由牙齒反射並由檢測光纖16傳輸的光的電子檢測(也稱為相位敏感檢測)，雖然也可以採用其他信號處理方法。大體上，此原理在於以給定和公知的調製頻率(不應與光源的光學頻率相混淆)對光源的強度進行調製。將調製光發送到要檢查的介質上，利用將其轉換為電信號的光電檢測器檢測通過與介質的相互作用所得到的光。然後，對電信號進行解調，從而從中只提取出具有調製了光源的頻率的分量。此原理能夠以很高的效率檢測非常小的信號。
在系統10中，存在以不同頻率進行調製的兩個光源(即，LED 62和64，雖然可以由更多或更少的LED，例如1個或3個LED)，從而，通過以兩個LED的調製頻率對光電二極體的電信號進行解調，允許利用單一的光電二極體，檢測兩個LED發出的光，獲得在與LED 62和64相關的兩個光譜帶中、由牙齒反射的光量的測量結果。在與LED 62和64的發光信道相關的兩個同步電纜的輸出，這些電平分別表現為信號V1和V2，並被電子分析或機電分析(如處理算法等)所使用。
這裡同步檢測用於兩個目的(1)允許電分離(在檢測時)碰撞在單一檢測器上的兩個選中光譜帶的光；以及(2)由牙齒反射並被檢測的光的水平非常微弱，由於同步方法的靈敏度，而採用同步方法。由與箱體34的其餘電子部件集成在一起的電子處理器實時處理位於同步電路輸出處的信號V1和V2。在此處理器中編制了處理算法(或其他)。處理算法(或其他)產生這兩個信號V1和V2的比，y＝V1/V2(此比例所採用的量級是無關緊要的)。如果此比例位於與牙結石相關的數值範圍內(已經利用校準測量，事先建立了此範圍)，則動力牙結石去除插頭位於牙結石上。在這種情況下，該算法(或其他)發送信號，啟動告警聲音(如果需要的話，操作者可以關閉此聲音)，並啟動箱體34中的告警LED，通過光纖44傳輸告警LED的光，而且可以通過位於動力牙結石去除器械插頭手柄18上的指示器42看到。
為了確定牙結石相關的比例y的數值範圍，在牙齒上多個健康位置和有牙結石的位置進行了大量的測量，而且伴隨有不同程度的出血。針對每次測量，通過已知其是在健康部分或出現牙結石的部分進行，獲得了這兩種情況下的數據。通過在圖表上繪出這些數據的直方圖，確定與牙結石相關的數值範圍。利用這種檢測方法獲得的結果比利用傳統的觸覺檢測所得到的結果有效得多。
操作者(1)使用動力牙結石去除器械插頭確定何處存在牙結石，然後(2)通過啟動位於已經檢測到牙結石的區域中的動力牙結石去除器械插頭12，以傳統的方式去除牙結石。然後，操作者(3)利用動力牙結石去除器械插頭確認完全去除了齦下結石，然後，重複步驟(2)和(3)，直到沒有檢測到牙結石。操作者也可以通過調整水調節閥28的位置，控制向牙周袋P的供水(參見圖7b、8、9、13a和13b中的進水口72和出水口74)。可以通過腳踏板對電磁閥105進行操作，以便能夠供水，或者利用設置在動力牙結石去除器械插頭12的手柄18上的控制器來控制。當操作者OP接收到來自電子系統的感覺刺激或信號(例如，通過指示器42、來自光纖44的發光，或者可以代替指示器42或除了指示器42之外的任何其他方式的指示，如蜂鳴器、振動等)時，操作者知道在動力牙結石去除器械插頭12的末端36的位置處存在一些齦下結石，於是注意觀察動力牙結石去除器械插頭12的末端36的位置，從而操作者可以進行步驟(2)，步驟(2)在於使用「啟動的」動力牙結石去除器械插頭去除該位置處的殘餘牙結石。
動力牙結石去除器械插頭12可以只用作牙結石檢測裝置。
動力牙結石去除器械插頭12可以只用作牙結石去除器械。
可以對動力牙結石去除器械插頭12連續供電，並更為明確地用在檢測到牙結石的區域中。
操作者可以利用其觸覺判斷或其他信息來確定他/她是否與系統10一致，如果需要的話，可以進行幹預(例如，通過中斷依賴於診斷自動啟動動力牙結石去除器械來進行幹預)。
這裡，為了耦合來自LED 62和64的光，利用二向色反射鏡和透鏡展現了特定的方法，但是如「Y」結構等允許將來自LED的光耦合到光纖中的任何其他結構都可以，基本點在於將光耦合到光纖16中。
例如，圖15a描述了通過將兩根光纖102和104熔合為單一光纖106的耦合100。使用了兩個LED 108和110，每個LED發出通過透鏡對112和114的光。參考數字116表示熔合區域。這種方法商業上稱為WDM耦合器。
圖15b描述了利用「Y」結構耦合兩束光的另一耦合200。更具體地，兩個LED 202和204每一個均位於透鏡對206和208的後面，從而發出通過透鏡對的光。透鏡206和208將光聚焦在光纖210的末端上。參考數字212表示光纖210的光軸。
圖15c描述了又一耦合300，也利用「Y」結構，但這裡耦合了四束光，這四束光有四個LED 302、304、306和308產生，每個LED均位於透鏡對310和312的後面，從而發出通過透鏡對的光。透鏡310和312將光聚焦在光纖314的末端上。參考數字316表示光纖314的光軸。應當注意的是，在另一耦合中，同樣是「Y」結構，可以存在三個LED，而不是圖15b和圖15c中剛剛描述的耦合200和300中分別發現的兩個和四個LED。
同樣，對於上述檢測原理(即，同步檢測)，也可以使用其他原理。可以考慮任何能夠傳送對噪聲具有足夠強度的信號、用於區分牙結石和在牙周袋P中可以發現的其他人工產物的方法。此外，例如，在數字系統中，可以使用具有不同波長的兩個LED(但也可以是相同頻率的)，如紅光LED和綠光LED，可以一個在一個之後、在二者之間具有延遲地重複啟動這兩個LED。
作為這裡所展示的處理算法(或其他)的替代，可以考慮除上述比例y之外的信號V1和V2的組合。事實上，可以在二維空間中進行將數據分入「是牙結石」和「不是牙結石」的分類，例如，通過繪出V1對V2，或V1與V2的任何其他函數對與前述函數無關的V1與V2的另一函數。同樣，如果使用了多於兩個LED或其他光源(如雷射器、滷素燈、光譜燈、濾光燈等)，可以按照二維或更多維度地對信息進行收集和分析。
此外，作為剛剛描述的方法的替代，可以使用光譜儀來測量牙齒所反射的光的光譜，然後可以利用算法(或其他)對此光譜進行分析，以確定其對應於牙結石的光譜還是對應於另一人工產物的光譜。可以使用任何其他合適的方法來分析所接收到的光譜，以檢測牙結石的出現為目的，將其與牙結石的光譜進行比較。
通過改變要檢測的光譜，本系統可以用於定位具有不同光譜特徵、位於限制了進入的口腔位置中的其他結構(例如，齲齒、牙周韌帶、牙齦炎[高血容物]、牙菌斑、牙齒填充物、黑素瘤、具有痕量物質的任何標記物質等)。例如，可以通過將對應於牙菌斑界限的參數輸入檢測系統，檢測牙菌斑。此外，基於赤蘚紅(erythrosyne)等著色劑適於揭示牙菌斑的出現(其被用作病人的教育工具)，輸入這種著色劑的光譜參數可以提供一種檢測牙菌斑的替代方式。由於牙周治療可能越來越傾向於有選擇性地去除牙結石和牙菌斑，而不對牙齒表面進行侵蝕性治療以使表面光滑，牙菌斑檢測系統將允許以有限的力度去除牙菌斑，而與更大的力度去除牙結石，從而保護根表面(目前，由於過度的刮擦，使其受到損害)。
系統10也可以包括重新校準功能。也可以設置告警信號，在動力牙結石去除插頭所檢查的區域中出現了過多的血、系統10不能夠進行足夠的讀取、從而不能以足夠的精度確定在這個區域內的牙齒上是否出現了牙結石時，進行通知。
可以包括另一特徵，指示動力牙結石去除器械插頭，或更具體地，其照明和/或檢測光纖14和16是否磨損得太厲害而不能有效地使用，從而應當進行更換。這種狀態可以通過設置在箱體34中的電子系統中未接收到足夠的光來進行檢測。
除了利用指示器(如所述的光纖44)向操作者提供指示牙結石出現的發光(或其他)信號之外，系統10也可以包括監視器，向操作者顯示其他信息，例如，系統中能夠幫助他/她進行診斷的電子信號。
也可以包括裝置35，從電子系統(例如，通過計算機和軟體，包括電子卡40等)中收集數據，存儲在任何種類的存儲介質中，以便允許對病人的病史進行跟蹤。對於系統10的本實施例，已經對400nm和1,000nm之間的範圍內的牙結石的反射特性進行了研究，並使用了此範圍內的光源(兩個LED 62和64)。但是，也可以使用低於400nm的紫外(UV)範圍內的光源或高於1,000nm的遠紅外範圍內的光源。
同樣，由於除了牙結石之外的多種人工產物的光譜響應是已知的，如琺瑯質、牙齒根面、齒齦、血、齲齒(齲)、牙齒填充物等，可以調整如程序、系統10等，向操作者給出牙結石出現信號，作為未檢測到前述人工產物的光譜特徵的結果。因此，如果系統10隻檢測到這些人工產物(這裡的術語「人工產物」不包括牙結石)的光譜特徵，則在所檢查的區域中沒有牙結石。
由於牙結石對於UV光的響應不如牙周袋P中出現的其他人工產物，如果將UV光照射在牙齒上，沒有螢光(或幾乎沒有)可能表示牙結石的出現。
同樣，可以使用將附著在牙結石上而不附著在其他人工產物上的痕量物質(如，有機染料[赤蘚紅])。然後，通過以光源照射牙齒，痕量物質將以特定波長發光，從而，如果檢測到這種波長，則出現了牙結石。同樣可以使用與牙結石的成分反應的物質，從而發出特定波長的自發輻射光。利用光學探針收集這種自發輻射光。如果檢測到特定的波長，則存在牙結石。不需要在病人的嘴裡放入光源，就可以使用此方法。
針對要檢測的牙結石，也可以使用不發光的電磁波長或利用如遠紅外、紫外、壓電、超聲波、磁諧振、陰影等其他類似的方法。
本發明的其他用途是檢測與已知的痕量物質具有特殊的親和力的牙周或牙齒人工產物(例如，與牙菌斑一起的赤蘚紅標記的紅色反射)，已知的痕量物質具有特定的反射特徵，可以用於檢測對該物質具有獨特親和力的預期物質。
可以使用除光纖之外的其他裝置(如稜鏡、鏡子、透明管等)照亮牙齒和收集從牙齒上反射的光，只要反射光具有足夠的強度，以便允許對其進行分析。
如上所述，在本系統中，水對於檢測並不重要，雖然有時可以提高檢測過程的效率。用在本發明中的供水系統最好與用在選中的動力牙結石去除器械的結構中的供水系統相同。在動力牙結石去除器械不包括供水系統的情況下，可以在捕獲端附近進行供水。可以通過外部的管子、集成在工作端中的管子或其他合適的裝置進行供水。
也可以使用緊湊型系統(參見圖6)，其中，全部或至少大部分檢測系統位於手柄中，包括水箱70。這種結構能夠減少對電纜線股中具有光纖的需要，甚至根本不具有任何光纖，在這種情況下，直接使用從照明系統發出的照明信號，並通過朝向工作端的末端的光部件離開(參見圖14a和14b)。這種緊湊型系統可以包含全部所需的部件。水傳送可以是內部或外部的。
本發明也可以包括牙周袋測量設備，能夠測量牙周袋的深度，而且可以將這些測量結果電傳輸給計算機等。
可以由顯示屏幕或在操作者進行刮擦的同時傳送工作區域的圖像的等價模式來代替自動檢測系統。
雖然本發明提出了一種具有高靈敏度和特異性的檢測系統，仍然可以組合一個或多個檢測系統，以獲得更好或更為可靠的結果(例如，利用依賴於分析電磁譜的不同區域中的響應或分析對於電磁譜區域的不同強度的光所得到的響應的系統)。
可以使用與收集系統獨立發光的照明系統來照亮牙齒及其牙周位置(例如，通過牙齒咬合面)，而利用獨立的收集系統收集來自照亮位置的輻射。
在本發明中可以使用三種診斷方法。第一種，使用一種裝置，向操作者傳送來自收集裝置的視覺信息，從而，操作者可以根據所顯示的圖像，做出診斷。第二種，使用一種裝置，將收集到的輻射轉換為對操作者的刺激，從而，操作者可以對牙結石進行檢測(例如，將所收集到的IR輻射轉換為與所收集到的第一輻射相對應的可見輻射，或者將第一輻射轉換為與第一輻射相對應的可聽刺激)。第三種，使用這裡更為清楚地展示的系統，其中，對於所收集的輻射的電子電力處理確定了輻射是否對應於牙結石。
使本發明發揮作用的最小需求是所收集到的輻射的特徵。系統基本上收集從所觀察的位置的發光而得到的輻射的強度。因而，可以通過將所收集到的輻射的總強度CR和與牙結石相對應的預定值(或數值範圍)相比較，來檢測牙結石。也可以監視其他次要參數。
應當注意的是，可以直接或間接地進行對來自所觀察的位置的輻射的收集。從所觀察的位置發出的輻射在被收集系統收集之前，可以通過血、水、牙菌斑、引入牙周袋中的其他物質(螢光液體等)或其他。
也可以通過一個或多個光學元件(例如，柔性透鏡)對位於光學裝置的捕獲端的末端的輻射進行修改，所述光學元件根據其與牙結石或其他非牙結石物質的光學和機械相互作用，修改電磁輻射的特徵。
圖16a到16c描述了如下三種診斷順序。圖16a示出了利用光學收集和顯示設備的診斷順序，其中，由操作者做出診斷，例如，通過利用位於光纖前面的放大透鏡，從而顯示所收集到的信號的顏色。在圖16b中描述了利用光學收集、電子轉換和顯示設備的診斷順序，其中，由操作者做出診斷，例如，通過將眼睛不可見的紅外射線轉換為光線。圖16c示出了利用光學收集的診斷順序，其中，診斷由依照本發明的系統做出，並傳達給操作者和/或機器。
權利要求
1.一種牙結石檢測和去除設備，包括牙結石去除器械，適合於沿牙齒移動；照明裝置，以入射光照亮牙齒上要檢查的區域或與牙齒相鄰的區域；檢測裝置，用於收集反射光；以及分析系統，當對於一個或多個預定波長範圍內的反射光的測量落入作為牙結石的特徵的任何第一預定數值範圍內時，或者當所述測量未落入作為除了牙結石之外的其他人工產物的特徵的任何第二預定數值範圍內時，向所述牙結石去除器械的操作者，或者向所述牙結石去除器械提供信號，從而響應所述信號，可以操作所述牙結石去除器械，來去除所述區域或其相鄰區域的牙結石。
2.按照權利要求1所述的設備，其特徵在於設置所述照明裝置和所述檢測裝置，與所述牙結石去除器械相鄰，使得在操作所述牙結石去除器械去除所檢測到的牙結石的同時，所述照明裝置和所述檢測裝置保持在所檢查的位置。
3.按照權利要求2所述的設備，其特徵在於所述第一預定數值範圍覆蓋了與牙結石的光譜反射特徵相關的波長。
4.按照權利要求1所述的設備，其特徵在於所述牙結石去除器械包括末端，所述照明和檢測裝置實質上與所述末端相鄰地終止。
5.按照權利要求4所述的設備，其特徵在於所述照明和檢測裝置在所述牙結石去除器械的所述末端中延伸。
6.按照權利要求4所述的設備，其特徵在於所述照明和檢測裝置沿著所述牙結石去除器械的所述末端在外部延伸。
7.按照權利要求4所述的設備，其特徵在於所述照明和檢測裝置的末端橫對著所述牙結石去除器械的所述末端。
8.按照權利要求4所述的設備，其特徵在於所述牙結石去除器械的所述末端設置有可更換的保護覆層，以保護所述末端，防止磨損。
9.按照權利要求4所述的設備，其特徵在於所述照明裝置和所述檢測裝置至少包括其末端與所述牙結石去除器械的所述末端相鄰的一根光纖，所述照明裝置還包括位於所述光纖近端的光源，使得所述光源發出的所述入射光由所述光纖傳輸到其末端，並傳輸到牙齒上。
10.按照權利要求1所述的設備，其特徵在於所述預定數值範圍覆蓋了與牙結石的顏色相關的波長。
11.按照權利要求1所述的設備，其特徵在於所述預定數值範圍覆蓋了與牙結石的IR相關的波長。
12.按照權利要求5所述的設備，其特徵在於所述預定數值範圍覆蓋了與牙結石的顏色相關的波長。
13.按照權利要求9到12之一所述的設備，其特徵在於所述照明裝置和所述檢測裝置中的每一個包括一根所述光纖，每根所述光纖的所述末端與所述牙結石去除器械的所述末端相鄰。
14.按照權利要求1到13之一所述的設備，其特徵在於還包括衝洗系統，用於將流體傳送到牙齒附近。
15.按照權利要求14所述的設備，其特徵在於所述衝洗系統包括流體供應管，其出口與所述照明裝置、所述檢測裝置和所述牙結石去除器械的末端相鄰，而且通過所述供應管進行流體供應的流體源位於所述出口的上遊。
16.按照權利要求15所述的設備，其特徵在於照明裝置、所述檢測裝置和所述供應管具有在所述牙結石去除器械的所述末端中延伸的末梢部分。
17.按照權利要求15所述的設備，其特徵在於所述衝洗系統包括位於所述牙結石去除器械的外殼中並通過所述供應管對所述出口進行流體供應的容器。
18.按照權利要求4所述的設備，其特徵在於所述照明裝置和所述檢測裝置至少包括其末梢部分與所述牙結石去除器械的所述末端相鄰的一根光纖，其中，所述光纖包括與所述末梢部分可分離連接的近端部分，允許所述末梢部分和所述牙結石去除器械的工作端有選擇地與所述近端部分相分離，以便丟棄所述末梢部分和所述工作端，並以新的末梢部分和工作端代替，或者在返回所述近端部分再次使用之前，對所述末梢部分和所述工作端進行消毒。
19.按照權利要求1到15之一所述的設備，其特徵在於所述照明和檢測裝置中的每一個均包括可分離地連接在一起的近端和末梢部分，允許所述末梢部分和所述牙結石去除器械的工作端有選擇地與所述近端部分相分離，以便丟棄所述末梢部分和所述工作端，並以新的末梢部分和工作端代替，或者在返回所述近端部分再次使用之前，對所述末梢部分和所述工作端進行消毒，在所述照明和檢測裝置的所述近端部分和所述末梢部分之間設置光連接件。
20.按照權利要求4所述的設備，其特徵在於所述照明裝置和所述檢測裝置至少包括其末端與所述牙結石去除器械的所述末端相鄰並與所述牙結石去除器械的工作端獨立的一根光纖，所述工作端可以與所述牙結石去除器械的手柄相分離，從而可以有選擇地分離所述工作端，以便丟棄所述工作端，並以新的工作端代替，或者在返回所述手柄再次使用之前，對所述工作端進行消毒。
21.按照權利要求4所述的設備，其特徵在於所述照明裝置和所述檢測裝置至少包括其末梢部分與所述牙結石去除器械的所述末端相鄰的一根光纖，所述末梢部分可以有選擇性地沿著所述工作端移動，從而可以根據所述工作端的磨損，調整所述末梢部分的位置。
22.按照權利要求1到21之一所述的設備，其特徵在於提供了指示器裝置，適於由所述檢測裝置啟動，指示操作員實質上在所述檢測裝置的末端的位置處出現了牙結石。
23.按照權利要求22所述的設備，其特徵在於所述裝置至少包括發光、聲音和振動指示器之一。
24.按照權利要求1到23之一所述的設備，其特徵在於所述牙結石去除器械至少是電動的或手動的之一。
25.按照權利要求1所述的設備，其特徵在於所述牙結石去除器械包括手柄，所述手柄限定了至少用於容納水儲存箱和提供電力的電池之一的空腔。
26.按照權利要求1所述的設備，其特徵在於設置了手動開關，用於在所述牙結石去除器械和所述檢測裝置的去除模式和檢測模式之間分別進行切換。
27.按照權利要求1所述的設備，其特徵在於設置了自動開關，用於以可調整的頻率、在所述牙結石去除器械和所述檢測裝置的去除模式和檢測模式之間分別進行切換。
28.按照權利要求1所述的設備，其特徵在於所述第二預定數值範圍覆蓋了與所述人工產物的光譜反射特徵相關的波長。
29.按照權利要求1到28之一所述的設備，其特徵在於所述分析系統包括用於存儲和/或更新與病人的病史相關的軟體。
30.一種用於檢測和從牙齒上去除牙結石的方法，包括以下步驟(a)與檢測設備一起，提供照射在牙齒區域上的入射光和自然光源之一；(b)利用所述檢測設備收集並測量從牙齒的所述區域反射的光；(c)分析所述反射光，確定所述反射光是否表示牙結石的出現；(d)當在步驟(c)中檢測到牙結石的出現時，向牙結石去除器械的操作者或牙結石去除設備提供信號；以及(e)在所述檢測設備基本上保持在所述區域中的位置上的同時，利用所述去除設備從所述區域去除牙結石。
31.按照權利要求30所述的方法，其特徵在於在步驟(c)中分析步驟(b)中確定的測量結果，以便與作為牙結石的特徵的任何預定數值範圍進行比較。
32.按照權利要求31所述的方法，其特徵在於所述預定數值範圍覆蓋與牙結石的光譜反射特徵相關的波長。
33.按照權利要求32所述的方法，其特徵在於所述預定數值範圍覆蓋與牙結石的顏色相關的波長。
34.按照權利要求30到33之一所述的方法，其特徵在於用在步驟(a)中的照明系統和用在步驟(b)中的檢測系統至少包括其末端與牙齒相鄰的一根光纖，所述照明系統和所述檢測系統與所述牙結石去除器械相鄰。
35.按照權利要求34所述的方法，其特徵在於在步驟(a)和(b)中使用衝洗系統，將流體傳送到牙齒附近。
36.按照權利要求30到35之一所述的方法，其特徵在於在步驟(d)中，至少以光、聲和振動之一的形式提供所述信號。
37.按照權利要求30所述的方法，其特徵在於在步驟(c)中分析步驟(b)中確定的測量結果，以便與作為所述牙結石去除器械沿著牙齒所能遇到的除牙結石以外的其他人工產物的特徵的任何預定數值範圍進行比較，從而當所述測量結果未落入所述預定數值範圍時，向操作者或所述牙結石去除器械發送步驟(d)中的所述信號。
38.按照權利要求37所述的方法，其特徵在於所述預定數值範圍覆蓋與所述人工產物的光譜反射特徵相關的波長。
全文摘要
一種牙結石檢測和去除設備(10)，包括動力牙結石去除器械(12)，適合於沿牙齒(T)移動；照明裝置(14)，以入射光照亮要檢查的區域或牙周位置；檢測裝置(16)，用於收集反射光；以及分析系統，當對於一個或多個預定波長範圍內的反射光的測量落入作為牙結石的特徵的任何第一預定數值範圍內時，或者當所述測量未落入作為除牙結石之外的其他人工產物的特徵的任何第二預定數值範圍內時，向所述牙結石去除器械(12)的操作者(OP)，或者向所述牙結石去除器械提供信號。作為所述信號的結果，由操作者(OP)或自動地啟動去除器械，並且操作者可以對所檢測到的牙結石(S)進行去除，而不需要移動檢測設備，藉此，在牙結石去除器械(12)位於牙結石去除位置的同時，可以繼續檢測，直到去除了所有牙結石(S)。
文檔編號A61C19/04GK1498091SQ02807183
公開日2004年5月19日 申請日期2002年3月21日 優先權日2001年3月21日
發明者納伊姆·卡拉津萬, 埃曼努埃爾·蒙蒂尼, 弗朗索瓦·阿約特, 埃爾 蒙蒂尼, 瓦 阿約特, 納伊姆 卡拉津萬 申請人:耐克斯技術有限公司