(57)【要約】【課題】歯の隣接面のう蝕の診断をすることができる歯科診断用ＯＣＴ装置を提供する。【解決手段】歯科診断用ＯＣＴ装置１は、光源１０、ビームスプリッタ２０、ミラー３０、光検出器４０、レンズ５１、光ファイバ５２およびプローブ部６０を備える。プローブ部６０の先端部６４と診断対象物９１〜９４の隣接面との間に、空気の屈折率より大きく診断対象物の屈折率より小さい屈折率を有する充填剤７０が充填される。プローブ部６０の先端部６４から出力した光は充填剤７０を経て診断対象物へ照射され、その照射に伴い生じたサンプル光は充填剤７０を経てプローブ部６０の先端部６４に入力される。ビームスプリッタ２０によりサンプル光と参照光とが合波されて干渉光が出力され、その干渉光の強度が光検出器４０により検出されて、診断対象物としての歯が診断される。【選択図】図２
2010240151.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を出力する光源と、
前記光源から出力される光を２分岐して第１分岐光および第２分岐光を出力する分岐部と、
前記分岐部から出力された第１分岐光を診断対象物としての歯に照射するとともに、その照射に伴い診断対象物の表面または内部で反射または散乱された光（以下「サンプル光」という。）を入力して導くプローブ部であって、空気の屈折率より大きく前記診断対象物の屈折率より小さい屈折率を有する充填剤を介して前記診断対象物と対向した状態で前記第１分岐光を出力する先端部を含むプローブ部と、
前記プローブ部により導かれて到達した前記サンプル光を入力するとともに、前記分岐部から出力されて到達した第２分岐光（以下「参照光」という。）を入力して、これら入力した参照光とサンプル光とを合波して、この合波による干渉光を出力する合波部と、
前記合波部から出力された干渉光の強度を検出する光検出器と、
を備えることを特徴とする歯科診断用ＯＣＴ装置。
【請求項２】
前記光源は広帯域光を出力する光源であり、
前記分岐部から前記合波部へ至るまでの前記第２分岐光および前記参照光の光路長を走査する光路長操作手段をさらに備える
ことを特徴とする請求項１に記載の歯科診断用ＯＣＴ装置。
【請求項３】
前記光源は狭帯域光を出力する中心波長が走査できる光源であることを特徴とする請求項１に記載の歯科診断用ＯＣＴ装置。
【請求項４】
前記プローブ部の前記先端部が楔形状を有し、その先端部と前記診断対象物との間に前記充填剤が充填される、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の歯科診断用ＯＣＴ装置。
【請求項５】
前記プローブ部の楔形状の先端部が光源が出力する光を透過するシリコーンゴムであることを特徴とする請求項４に記載の歯科診断用ＯＣＴ装置。
【請求項６】
前記充填剤がグリセロールであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の歯科診断用ＯＣＴ装置。
【請求項７】
前記充填剤が水溶液であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の歯科診断用ＯＣＴ装置。
【請求項８】
前記プローブ部により前記診断対象物へｐ偏光の第１分岐光を照射することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の歯科診断用ＯＣＴ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯科診断用ＯＣＴ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＯＣＴ（optical coherence tomography）装置は、低コヒーレンス光を用いた干渉計であり、光の進行方向についてコヒーレンス長程度の位置分解能で特定される位置で反射または散乱された光の強度分布を断層画像として検出することができ、例えば眼球や歯などの診断に用いられる。特許文献１や非特許文献１には、歯科診断にＯＣＴ装置を用いた技術が記載されている。
【０００３】
早期う蝕（虫歯）を発見することができれば、フッ素塗布などの「削らないう蝕治療」が実現できる。う蝕の好発部位は、咬合面（歯の噛み合せ部分）、平滑面（歯と歯肉との間、歯周ポケット）、隣接面（歯と歯との間）である。中でも歯の隣接面のう蝕は、視診でもＸ線診断でも検出しづらい部分であり、早期診断技術の確立が期待されている。その様な中、歯の隣接面のう蝕を早期診断する装置の候補の一つとしてＯＣＴ装置が注目されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２２５３２１号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Brandenburg R, Haller B, HaugerC., Real-time in vivo imaging of dental tissue by means of optical coherencetomography (OCT). Optics Communications 2003; 227: 203-211.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ＯＣＴ装置による歯の隣接面のう蝕の診断が充分ではなく、その理由が以下のとおりであることを本発明者は見出した。
【０００７】
ＯＣＴ装置により歯の隣接面のう蝕の診断をする場合、空気と歯（エナメル質）との屈折率差に因り生じる両者間の界面での光のフレネル反射が問題となる。このような屈折率が互いに異なる２つの媒質の間の界面での光の反射は、下記（１）式のフレネルの式で表される。ｒｐはｐ偏光の振幅反射率であり、ｒｓはｓ偏光の振幅反射率である。ｎ１は第１媒質の屈折率であり、ｎ２は第２媒質の屈折率であり、φ０は入射角である。例えば、第１媒質は空気であり、第２媒質はエナメル質である。エナメル質の屈折率は約１.６である。
【０００８】
【数１】
2010240151.tif 000003
【０００９】
なお、ｐ偏光の反射率Ｒｐおよびｓ偏光の反射率Ｒｓそれぞれは、下記（２）式で表される。ｒｐ＊はｒｐの複素共役であり、ｒｓ＊はｒｓの複素共役である。
【００１０】
【数２】
2010240151.tif 000004
【００１１】
これらの式から判るように、入射角φ０が９０度に近づくと、ｓ偏光およびｐ偏光の双方とも反射率が急激に増加する。
【００１２】
ＯＣＴ装置により歯の隣接面の断層画面を取得するとき、その隣接面に対して頬舌方向から光を照射することになる。頬舌方向から光を照射する場合、歯の表面が曲率を有していることから、エナメル質の表面でのフレネル反射が大きく、光がエナメル質内部に入りにくい。また、歯の表面に凹凸があると、そこで光の拡散反射が生じることから、この点でも光がエナメル質内部に入りにくい。そして、エナメル質内部に侵入する光が少ないと、測定深さが浅くなるので、歯の隣接面ではう蝕の診断を充分に行うことができない。
【００１３】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、歯の隣接面のう蝕の診断をすることができる歯科診断用ＯＣＴ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る歯科診断用ＯＣＴ装置は、(1) 光を出力する光源と、(2)光源から出力される光を２分岐して第１分岐光および第２分岐光を出力する分岐部と、(3) 分岐部から出力された第１分岐光を診断対象物としての歯に照射するとともに、その照射に伴い診断対象物の表面または内部で反射または散乱された光（以下「サンプル光」という。）を入力して導くプローブ部であって、空気の屈折率より大きく診断対象物の屈折率より小さい屈折率を有する充填剤を介して診断対象物と対向した状態で第１分岐光を出力する先端部を含むプローブ部と、(4)プローブ部により導かれて到達したサンプル光を入力するとともに、分岐部から出力されて到達した第２分岐光（以下「参照光」という。）を入力して、これら入力した参照光とサンプル光とを合波して、この合波による干渉光を出力する合波部と、(5)合波部から出力された干渉光の強度を検出する光検出器と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る歯科診断用ＯＣＴ装置では、光源は広帯域光を出力する光源であり、分岐部から合波部へ至るまでの第２分岐光および参照光の光路長を走査する光路長操作手段をさらに備えるのが好適である。或いは、光源は狭帯域光を出力する中心波長が走査できる光源であるのも好適である。
【００１６】
本発明に係る歯科診断用ＯＣＴ装置では、プローブ部の先端部が楔形状を有し、その先端部と診断対象物との間に充填剤が充填されるのが好適である。また、プローブ部の楔形状の先端部が光源が出力する光を透過するシリコーンゴムであるのが好適である。
【００１７】
本発明に係る歯科診断用ＯＣＴ装置では、充填剤がグリセロールであるのが好適であり、或いは、充填剤が水溶液であるのも好適である。また、プローブ部により診断対象物へｐ偏光の第１分岐光を照射するのが好適である。
【００１８】
なお、本発明は歯科診断方法にも適用することができる。この場合には、本発明に係る歯科診断方法は、(1) 光を出力する光源と、(2) 光源から出力される光を２分岐して第１分岐光および第２分岐光を出力する分岐部と、(3)分岐部から出力された第１分岐光を診断対象物としての歯に照射するとともに、その照射に伴い診断対象物の表面または内部で反射または散乱された光（サンプル光）を入力して導くプローブ部であって、診断対象物と対向した状態で第１分岐光を出力する先端部を含むプローブ部と、(4)プローブ部により導かれて到達したサンプル光を入力するとともに、分岐部から出力されて到達した第２分岐光（参照光）を入力して、これら入力した参照光とサンプル光とを合波して、この合波による干渉光を出力する合波部と、(5)合波部から出力された干渉光の強度を検出する光検出器と、を備えるＯＣＴ装置を用いる。
【００１９】
そして、本発明に係る歯科診断方法は、このＯＣＴ装置を用いて、(a) プローブ部において第１分岐部を出力する先端部と診断対象物としての歯（ヒトを除く）との間に、空気の屈折率より大きく診断対象物の屈折率より小さい屈折率を有する充填剤を充填し、(b)プローブ部の先端部から出力した第１分岐光を充填剤を経て診断対象物へ照射し、その照射に伴い生じたサンプル光を充填剤を経てプローブ部の先端部に入力し、(c) 合波部によりサンプル光と参照光とを合波して干渉光を出力し、その干渉光の強度を光検出器により検出して、診断対象物としての歯を診断する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、歯の隣接面のう蝕の診断をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施形態に係る歯科診断用ＯＣＴ装置１の構成を示す図である。
【図２】本実施形態に係る歯科診断用ＯＣＴ装置１に含まれるプローブ部６０の構成を示す図である。
【図３】実施例で用いた診断対象物である豚の下顎の頬側（頬面）の写真である。
【図４】図３中に示した３本のラインＸ，Ｙ，Ｚそれぞれに沿って光を走査したときに得られた断層画像である。
【図５】本実施形態に係る歯科診断用ＯＣＴ装置１Ａの構成を示す図である。
【図６】本実施形態に係る歯科診断用ＯＣＴ装置１に含まれるプローブ部６０の変形例の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２３】
図１は、本実施形態に係る歯科診断用ＯＣＴ装置１の構成を示す図である。歯科診断用ＯＣＴ装置１は、時間領域光干渉断層画像装置（ＴＤ−ＯＣＴ）を含み、光源１０、ビームスプリッタ２０、ミラー３０、光検出器４０、レンズ５１、光ファイバ５２およびプローブ部６０を備える。
【００２４】
光源１０は、低コヒーレンス光を出力するものであり、例えばＳＬＤ（SuperluminescentDiode）であるのが好適である。ビームスプリッタ２０は、光源１０から出力された光を２分岐して第１分岐光および第２分岐光を出力する分岐部として用いられる。ビームスプリッタ２０は、第１分岐光をレンズ５１へ出力し、第２分岐光をミラー３０へ出力する。
【００２５】
ミラー３０は、ビームスプリッタ２０から出力された第２分岐光を入力して、その光をビームスプリッタ２０へ反射させる。レンズ５１は、ビームスプリッタ２０から出力された第１分岐光を入力して、その光を光ファイバ５２の端面に集光して、その光を光ファイバ５２により導波させる。また、レンズ５１は、光ファイバ５２の端面から発散して出力された光をコリメートし、その光をビームスプリッタ２０に入力させる。
【００２６】
ビームスプリッタ２０は、光ファイバ５２の端面から出力されレンズ５１によりコリメートされた光（サンプル光）を入力するとともに、ミラー３０により反射されて到達した光（参照光）を入力して、これら入力した参照光とサンプル光とを合波して、この合波による干渉光を光検出器４０へ出力する。すなわち、ビームスプリッタ２０は、分岐部として用いられるだけでなく、参照光とサンプル光とを合波する合波部としても用いられる。
【００２７】
光検出器４０は、ビームスプリッタ２０から出力された干渉光の強度を検出する。なお、光源１０とビームスプリッタ２０との間の光学系、ビームスプリッタ２０とミラー３０との間の光学系、および、ビームスプリッタ２０と光検出器４０との間の光学系それぞれにおいて、光を導くための光ファイバが設けられるのが好適であり、この場合、光を集光して光ファイバ端面に入射させるレンズ、および、光ファイバ端面から出射された光をコリメートするレンズも、設けられるのが好適である。
【００２８】
プローブ部６０は、レンズ６１、ミラー６２、レンズ６３および先端部６４を一体にして備えており、また、光ファイバ５２と接続されている。プローブ部６０の詳細な構成について図２を用いて説明する。図２は、本実施形態に係る歯科診断用ＯＣＴ装置１に含まれるプローブ部６０の構成を示す図である。この図には、診断対象物９１〜９３として歯が示されている。
【００２９】
レンズ６１は、光ファイバ５２の端面から発散して出力された光をコリメートする。ミラー６２は、レンズ６１によりコリメートされた光をレンズ６３へ反射させる。レンズ６３は、ミラー６２により反射されて到達した光を収斂させる。先端部６４は、楔形状を有していて、底面が平坦であり、好適にはシリコーンゴムからなる。診断対象物９１〜９３の隣接面と先端部６４との間に充填剤７０が充填されている。この充填剤７０の屈折率は、空気の屈折率より大きく、診断対象物９１〜９３のエナメル質の屈折率より小さい。
【００３０】
このプローブ部６０では、ビームスプリッタ２０から出力され光ファイバ６２により導波されてファイバ端面から出力された光は、レンズ６１によりコリメートされ、ミラー６２により反射され、レンズ６３により収斂され、先端部６４および充填剤７０を経て、診断対象物９１〜９３の隣接面に照射される。このとき、プローブ部６０により診断対象物へｐ偏光の光を照射すると、診断対象物９１〜９３の表面での反射率が小さいので好ましい。
【００３１】
また、この照射に伴い診断対象物９１〜９３の表面または内部で反射または散乱された光（サンプル光）は、充填剤７０および先端部６４を経て、レンズ６３によりコリメートされ、ミラー６２により反射され、レンズ６３により光ファイバ５２の端面に集光される。光ファイバ５２の端面に集光されたサンプル光は、光ファイバ５２により導波され、レンズ５１およびビームスプリッタ２０を経て光検出器４０へ入力される。
【００３２】
以上のように、本実施形態では、プローブ部６０の先端部６４と診断対象物９１〜９４の隣接面との間に、空気の屈折率より大きく診断対象物の屈折率より小さい屈折率を有する充填剤７０が充填される。プローブ部６０の先端部６４から出力した光は充填剤７０を経て診断対象物へ照射され、その照射に伴い生じたサンプル光は充填剤７０を経てプローブ部６０の先端部６４に入力される。ビームスプリッタ２０によりサンプル光と参照光とが合波されて干渉光が出力され、その干渉光の強度が光検出器４０により検出されて、診断対象物としての歯が診断される。
【００３３】
そして、レンズ６１の光軸に平行な方向に、ミラー６２およびレンズ６３は一体となって走査される。また、図１中のミラー３０とビームスプリッタ２０との間の光路長を走査するためにミラー３０を移動させる光路長走査手段が設けられる。これらの走査により、診断対象物９１〜９３の３次元断層画像が得られる。
【００３４】
本実施形態では、プローブ部６０の先端部６４と診断対象物９１〜９４の隣接面との間に充填剤７０が充填され、その充填剤７０の屈折率は空気の屈折率より大きく診断対象物の屈折率より小さい。このような充填剤７０が用いられることにより、歯の曲率によるフレネル反射や歯の表面の凹凸による拡散反射が抑制されて、エナメル質内部に侵入する光が多くなり、測定深さが深くなって、歯間隣接部のう蝕の診断を行うことができる。
【００３５】
充填剤７０の屈折率は、診断対象物である歯のエナメル質の屈折率１.６に近いことが好ましい。屈折率１.３３である水を充填剤７０として用いても、表面反射抑制効果が得られる。グリセロールの屈折率１.４６は水よりエナメル質の屈折率に近いので、グリセロール充填剤７０として用いることで、より大きな表面反射抑制効果が期待され得る。
【００３６】
但し、グリセロールの粘度は水の粘度より大きいので、歯の表面のぬれが悪くなる可能性があり、その結果、グリセロールと歯の表面との間に気泡ができやすくなり、表面反射をあまり低減できない可能性もある。よって、充填剤７０としては、屈折率を考慮するのはもちろんのことであるが、ぬれに影響する粘度なども考慮して選定することが好ましい。
【００３７】
次に、本実施形態に係る歯科診断用ＯＣＴ装置１を用いた実施例について説明する。図３は、実施例で用いた診断対象物である豚の下顎の頬側（頬面）の写真である。頬面に対して垂直に光を照射した。実施例の各種条件は非特許文献１に記載された条件と同じである。但し、非特許文献１ではin vivo（生体内）測定であるのに対し、本実施例でex vivo（生体外）測定である。
【００３８】
図４は、図３中に示した３本のラインＸ，Ｙ，Ｚそれぞれに沿って光を走査したときに得られた断層画像である。第１行（上段）の３つの断層画像は、ラインＸに沿って光を走査したときに得られたものである。第２行（中段）の３つの断層画像は、ラインＹに沿って光を走査したときに得られたものである。第３行（下段）の３つの断層画像は、ラインＺに沿って光を走査したときに得られたものである。
【００３９】
第１列（左列）の３つの断層画像は、充填剤７０を用いなかった場合に得られたものである。第２列（中列）の３つの断層画像は、充填剤７０としてグリセロールを用いた場合に得られたものである。また、第３列（右列）の３つの断層画像は、充填剤７０としてＰＢＳ（リン酸緩衝生理食塩水）を用いた場合に得られたものである。
【００４０】
これらの断層画像は、後方散乱光強度によりグレースケールで画像化されており、濃度が低い部分からはより多くの光が後方散乱していることを意味しており、逆に濃度が高い部分からはあまり光が散乱されていないことを意味している。
【００４１】
これらの断層画像を比較して判るように、充填剤７０を用いなかった場合には、表面での光の反射または散乱が多く、内部への光の侵入が少ない。これに対して、充填剤７０としてグリセロールまたはＰＢＳを用いた場合には、表面での光の反射または散乱が少なく、内部への光の侵入が多い。このように、本実施形態に係る歯科診断用ＯＣＴ装置１を用いることにより、歯の曲率によるフレネル反射や歯の表面の凹凸による拡散反射が抑制されて、エナメル質内部に侵入する光が多くなり、測定深さが深くなって、歯間隣接部のう蝕の診断を行うことができる。
【００４２】
次に、本実施形態に係る歯科診断用ＯＣＴ装置１の変形例（歯科診断用ＯＣＴ装置１Ａ）について説明する。図５は、歯科診断用ＯＣＴ装置１Ａの構成を示す図である。歯科診断用ＯＣＴ装置１Ａは、フーリエドメイン光干渉断層画像装置（ＦＤ−ＯＣＴ）を含み、光源１０Ａ、ビームスプリッタ２０、ミラー３０Ａ、光検出器４０Ａ、レンズ５１、光ファイバ５２およびプローブ部６０を備える。
【００４３】
光源１０Ａは、狭帯域光を出力し中心波長が走査できるものである。ミラー３０Ａは、ビームスプリッタ２０から出力された第２分岐光を入力して、その光をビームスプリッタ２０へ反射させる。ミラー３０Ａとビームスプリッタ２０との間の光路長は一定値である。光検出器４０Ａは、ビームスプリッタ２０から出力された干渉光の強度を検出し、周波数成分ごとの強度に分解することにより強度対深さの分布を求める。その他の要素は、歯科診断用ＯＣＴ装置１と同一である。
【００４４】
図６は、本実施形態に係る歯科診断用ＯＣＴ装置１に含まれるプローブ部６０の変形例の構成を示す図である。この変形例のプローブ部６０Ａは、レンズ６１、ミラー６２、レンズ６３および先端部６４を一体にして備えている点では前述のプローブ部６０と同様であるが、複数本の光ファイバ５２と接続されている点で相違し、また、ミラー６２およびレンズ６３が走査される必要がない点で相違する。このようなプローブ部６０Ａを用いると、光ファイバ５２の本数と同じ数の位置での反射または散乱を同時に検出することができるので、う蝕の診断を短時間に行うことができる。
【符号の説明】
【００４５】
１…歯科診断用ＯＣＴ装置、１０，１０Ａ…光源、２０…ビームスプリッタ、３０，３０Ａ…ミラー、４０，４０Ａ…光検出器、５１…レンズ、５２…光ファイバ、６０…プローブ部、６１…レンズ、６２…ミラー、６３…レンズ、６４…先端部、７０…充填剤、９１〜９３…診断対象物。
【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図６】
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【図３】
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【図４】
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