(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハンドルと、
歯ブラシ組立体と、
コントローラと、
サブシステムとを含む、
歯科装置であって、
前記ハンドルは、前記ハンドルの遠位に延在するシャフトと、前記ハンドル内に収容されるバッテリ及びモータとを含み、
前記歯ブラシ組立体は、前記シャフトに取り外し可能に繋がるように構成され、
前記コントローラは、前記ハンドル内に収容され、当該歯科装置を較正するように構成されるキャリブレーションモジュールが、前記ハンドル内で、前記コントローラと動作的に連絡し、
当該歯科装置は、変調励起信号を放射し、前記キャリブレーションモジュールは、検出される変調蛍光信号を歯垢のない歯に対応する既知の第１の基準値及び歯垢のある歯に対応する既知の第２の基準値と比較し、前記検出される変調蛍光信号と歯垢のある歯に対応する第２の基準信号との間の差が、前記第１の基準値と前記第２の基準値との間の差よりも大きいならば、前記第１の基準値を前記検出される変調蛍光信号の値と等しい又は近い値に更新し、
前記サブシステムは、前記コントローラと動作可能に連絡し、歯垢の存在を検出するように構成される、
歯科装置。
【請求項２】
運動センサが当該歯科装置に設けられ、患者の口内の当該歯科装置の位置を検出するように構成される、請求項１に記載の歯科装置。
【請求項３】
前記キャリブレーションモジュールは、当該歯科装置の使用者毎に前記第１及び第２の基準値をシフトさせて、歯特性及び歯垢特性のうちの１つにおける変化を補償するように構成される、請求項１に記載の歯科装置。
【請求項４】
前記キャリブレーションモジュールは、使用者の歯に関連する少なくとも１つの特性に関する情報を格納するように構成される、請求項１に記載の歯科装置。
【請求項５】
前記コントローラは、複数のキャリブレーション値を格納するためのメモリを含み、前記複数のキャリブレーション値のうちの少なくとも１つは、前記第１の基準値を設定するためのきれいな歯の値に対応し、前記複数のキャリブレーション値のうちの少なくとも１つは、前記第２の基準値を設定するための歯垢で覆われた歯に対応する、請求項１に記載の歯科装置。
【請求項６】
前記サブシステムは、放射蛍光の少なくとも１つの特性を解析するために、前記放射蛍光を反射させて前記サブシステム及び前記コントローラに戻す励起信号を生成するように構成され、前記少なくとも１つの特性は、前記放射蛍光の減衰時間に対応し、前記歯垢の存在を検出するために利用される、請求項１に記載の歯科装置。
【請求項７】
前記サブシステムは、１０Ｈｚ〜１０ＧＨｚに及ぶ周波数内の放射蛍光を検出するように構成される、請求項１に記載の歯科装置。
【請求項８】
窓が、前記歯ブラシ組立体に設けられる複数の剛毛に隣接して、前記歯ブラシ組立体に位置付けられ、前記窓は、前記励起信号及び前記放射蛍光が前記窓を通過可能であるように、前記シャフトに配置される前記サブシステムと整列する、請求項６に記載の歯科装置。
【請求項９】
ハンドルであって、該ハンドルの遠位に延在するシャフトと、前記ハンドル内に収容されるバッテリ及びモータとを含む、ハンドルと、
前記シャフトに取り外し可能に繋がるように構成される歯ブラシ組立体と、
前記ハンドル内に収容されるコントローラと、
該コントローラと動作可能に連絡するサブシステムとを含む、
歯科装置の作動方法であって、
前記歯科装置は、前記ハンドル内で前記コントローラと動作的に連絡し且つ前記歯科装置を較正するように構成されるキャリブレーションモジュールを更に含み、
当該歯科装置の作動方法は、
歯科装置が変調励起信号を放射するステップと、
前記キャリブレーションモジュールが、検出される変調蛍光信号を歯垢のない歯に対応する既知の第１の基準値及び歯垢のある歯に対応する既知の第２の基準値と比較し、前記検出される変調蛍光信号と歯垢のある歯に対応する第２の基準信号との間の差が、前記第１の基準値と前記第２の基準値との間の差よりも大きいならば、前記第１の基準値を前記検出される変調蛍光信号の値と等しい又は近い値に更新するステップと、
前記サブシステムが歯垢の存在を検出するステップとを含む、
歯科装置の作動方法。
【請求項１０】
前記歯科装置のキャリブレーションモジュール内に使用者の歯と関連する少なくとも１つの特性に関する情報を格納することを含む、請求項９に記載の歯科装置の作動方法。
【請求項１１】
複数のキャリブレーション値をメモリ内に格納することを含み、前記複数のキャリブレーション値のうちの少なくとも１つは、前記第１の基準値を設定するためのきれいな歯の値に対応し、前記複数のキャリブレーション値のうちの少なくとも１つは、前記第２の基準値を設定するための歯垢で覆われた歯に対応する、請求項９に記載の歯科装置の作動方法。
【請求項１２】
前記サブシステムは、単一周波数及び多周波数のうちの１つで励起信号を周波数変調し或いは時間変調する、請求項９に記載の歯科装置の作動方法。
【請求項１３】
前記サブシステムは、１０Ｈｚ〜１０ＧＨｚに及ぶ周波数内で励起信号の放射蛍光を検出することを含む、請求項９に記載の歯科装置の作動方法。
【請求項１４】
前記サブシステムは、放射蛍光の位相シフト及び振幅のうちの１つを解析する、請求項１２に記載の歯科装置の作動方法。
【請求項１５】
前記サブシステムは、前記放射蛍光の前記位相シフト及び振幅を解析するために時間領域及び周波数領域のうちの少なくとも１つを利用する、請求項１４に記載の歯科装置の作動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、歯科装置及び歯科装置を利用する方法に関する。より具体的には、本開示は、歯垢を検出するために解析される放射蛍光（放射された蛍光）をもたらす変調励起信号（変調された励起信号）と、個々の使用者のために歯科装置を較正するように構成されるキャリブレーションモジュールとを含む、歯科装置及び歯科装置の使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
検出が歯科洗浄努力を集中させるべき領域を示すときに、口腔内の歯垢堆積物を検出して、例えば、歯ブラシ（手動又は電動）、歯フロス、爪楊枝、又は口洗浄器を使用することによる、除去のための行動に振り向けるのが望ましい。そのような堆積物を、歯、歯肉、舌、又は頬で、インシトゥ（自然位置）／インヴィヴォ（生体内）で検出するのは困難であり得る。歯垢を検出するのは特に重要である。歯垢の検出のために、蛍光測定を用いるのが知られており、そこでは、入射放射線が口腔の表面に向けられ、生物学的堆積物の存在に関連付する特性を有する蛍光放射線が表面から放射され且つ検出される。
【０００３】
最新技術には、歯垢を検出するために概ね２つの方法がある。１つの方法は一次蛍光を用い、そこでは、歯垢又は他の歯科材料自体の蛍光が監視される。他の方法は二次蛍光を用い、そこでは、歯垢を帯びることが疑われる口腔内の表面が歯垢に優先的に結合する蛍光ラベル材料で処置され、ラベル材料が結合する口腔表面でのラベル材料の蛍光放射が検出されて歯垢の存在を示す。
【０００４】
前述に従って、歯垢を検出するために構成される装置が単色光を用いて潜在的な歯垢部位を照明することがある。特定の場合には、所定の波長又は範囲を有する光によって部位を照明し得る。他の方法及び／又は装置は、励起パルス後の極めて短い時間間隔で有効にされる（ゲート制御される）、高速励起パルス（例えば、ナノ秒又はそれよりも速い）並びに高速及び高感度検出装置を利用し得る。そのような方法及び／又は装置は、典型的には、光電子増倍管、アバランシェダイオード、及び／又はカー−ゲート(Kerr-gates)を利用する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述の方法及び装置は歯垢を検出するのに適するが、そのような方法及び／又は装置は概して高価であり、典型的には嵩張って高電圧を必要とする部品を含む。
【０００６】
加えて、前述の方法は、１つ又はそれよりも多くのキャリブレーション方法、例えば、バックグラウンド蛍光寿命及び歯垢の事前知識を用い得る。例えば、１つの既知の方法は、きれいなエナメル質部位に対するキャリブレーションを用いる。しかしながら、これらの方法は各個人内のバックグラウンド蛍光における変動（ばらつき）を考慮せず、これらの方法は異なる歯垢培養の蛍光寿命における変動（ばらつき）を考慮しない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は独立項によって定められる。従属項は有利な実施態様を定める。
【０００８】
理解し得るように、歯垢を検出するために解析される放射蛍光（放射された蛍光）をもたらす変調励起信号（変調された励起信号）と、個人のために歯科装置を較正するように構成されるキャリブレーションモジュールとを利用する、歯科装置及び歯科装置の使用方法が、歯科学において有用であることを示し得る。
【０００９】
本開示のある特徴は、歯科装置を提供する。歯科装置は、ハンドルを含む。コントローラがハウジングに、具体的には、ハンドルによって提供されるハウジングに繋がり、歯科装置を較正するように構成されるキャリブレーションモジュールを含む。歯科装置は、変調励起信号を放射し、キャリブレーションモジュールは、検出される変調蛍光信号（変調された蛍光信号）と第２の基準信号との間の差が、第１の基準値と第２の基準値との間の差よりも大きいならば、第１の基準値が更新されるように、検出される変調蛍光信号を第１及び第２の基準値と比較する。コントローラと動作可能に連絡するサブシステムが、歯垢の存在を検出するように構成される。
【００１０】
運動センサを歯科装置に動作可能に連結し、患者の口内の歯科装置の位置を検出するように運動センサを構成し得る。歯特性及び歯垢特性のうちの１つにおける変化を補償するために、歯科装置の使用毎に第１及び第２の基準値をシフトさせるようにキャリブレーションモジュールを構成し得る。使用者の歯に関連する１つ又はそれよりも多くの特性に関する情報を格納するようにキャリブレーションモジュールを構成し得る。使用者の歯に関連する情報は、個人の年齢の結果としての歯の着色及び変化する飲食物の結果としての歯の歯垢量を含み得る。既知の使用者の平均値に対応する所定の第１の基準値に初期設定されるようにキャリブレーションモジュールを構成し得る。コントローラは、複数のキャリブレーション値を格納するためのメモリを含み得る。複数のキャリブレーション値のうちの１つは、第１の基準値を設定するためのきれいな歯の値に対応し得るし、複数のキャリブレーション値のうちの１つは、第２の基準値を設定するための歯垢で覆われた歯に対応し得る。
【００１１】
放射蛍光（放射された蛍光）の１つ又はそれよりも多くの特性を解析するために、励起信号を生成して放射蛍光を反射させてサブシステム及びコントローラに戻すようにサブシステムを構成し得る。特性は放射蛍光の減衰時間に対応し得るし、歯垢の存在を検出するために利用され得る。励起信号を周波数変調させ或いは時間変調させ、単一周波数及び多周波数のうちの１つでもたらし得る。
【００１２】
サブシステムは、以下の構成部品、即ち、発光ダイオード、レーザダイオード、フィルタ、光検出器、画像センサ、増幅器、オシレータ、ミキサ、光学装置（例えば、ビームスプリッタ）、及びアナログ・デジタル変換器、のうちの１つ又はそれよりも多くを含み得る。フィルタは励起クリーンアップフィルタであり得るし、オシレータは単一周波数変調された或いは多周波数変調されたオシレータであり得るし、ビームスプリッタは二色性ビームスプリッタであり得る。
【００１３】
約１０Ｈｚ〜約１０ＧＨｚに及ぶ周波数内の放射蛍光を検出するようにサブシステムを構成し得る。ハンドル内にバッテリを収容し、歯科装置に電力を供給するようにバッテリを構成し得る。歯科装置は、ハンドル内に収容されるモータと、ハンドルの遠位に延在するシャフト内に収容されるサブシステムとを含む。少なくとも歯を磨き且つ歯垢を取り除くためにシャフトに解放可能に繋がるように歯ブラシ組立体を構成し得る。窓を、歯ブラシ組立体に設けられる複数の剛毛に隣接して、歯ブラシ組立体に位置付け得る。窓は、励起信号及び放射蛍光が窓を通過可能であるように、シャフトに配置されるサブシステムと整列する。
【００１４】
放射蛍光の特性は、放射蛍光と関連する位相シフト及び／又は放射蛍光の振幅であり得る。コントローラは、時間領域解析方法及び周波数領域解析方法のうちの１つを利用して、放射蛍光の位相シフト及び放射蛍光の振幅を解析するように構成される１つ又はそれよりも多くの制御アルゴリズムを含み得る。
【００１５】
本開示のある特徴は、歯科装置を提供する。歯科装置は、ハンドルを含み、ハンドルは、ハンドルの遠位に延在するシャフトと、ハンドル内に収容されるバッテリ及びモータとを含む。歯ブラシ組立体がシャフトに取り外し可能に繋がるように構成される。コントローラがハウジングに動作可能に繋がり、歯科装置を較正するように構成されるキャリブレーションモジュールを含む。キャリブレーションモジュールは、複数のキャリブレーション基準値を格納するためのメモリを含む。歯科装置は、変調励起信号を放射し、キャリブレーションモジュールは、検出される変調蛍光信号と第２の基準信号との間の差が第１の基準値と第２の基準値との間の差よりも大きいならば、第１の基準値が更新されるように、検出される変調蛍光信号を第１及び第２の基準値と比較する。サブシステムがコントローラと動作可能に連絡し、歯垢の存在を検出するように構成される。
【００１６】
運動センサを歯科装置に動作可能に連結し、患者の口内の歯科装置の位置を検出するように運動センサを構成し得る。歯科装置の使用者毎に第１及び第２の基準値をシフトさせて歯特性及び歯垢特性のうちの１つにおける変化を補償するように、キャリブレーションモジュールを構成し得る。使用者の歯に関連する１つ又はそれよりも多くの特性に関する情報を格納するようにキャリブレーションモジュールを構成し得る。使用者の歯に関連する情報は、個人の年齢の結果としての歯の着色及び変化する飲食物の結果としての歯の歯垢量を含み得る。既知の使用者の平均値に対応する所定の第１の基準値に初期設定されるようにキャリブレーションモジュールを構成し得る。コントローラは、複数のキャリブレーション値を格納するためのメモリを含み得る。複数のキャリブレーション値のうちの１つは、第１の基準値を設定するためのきれいな歯の値に対応し得るし、複数のキャリブレーション値のうちの１つは、第２の基準値を設定するための歯垢で覆われた歯に対応し得る。
【００１７】
放射蛍光の１つ又はそれよりも多くの特性を解析するために、放射蛍光を反射させてサブシステム及びコントローラに戻す励起信号を生成するように、サブシステムを構成し得る。特性は放射蛍光の減衰時間に対応し得るし、歯垢の存在を検出するために利用され得る。励起信号を周波数変調させ、単一周波数及び多周波数のうちの１つでもたらし得る。
【００１８】
サブシステムは、以下の構成部品、即ち、発光ダイオード、レーザダイオード、フィルタ、光検出器、画像センサ、増幅器、オシレータ、ミキサ、光学装置（例えば、ビームスプリッタ）、及びアナログ・デジタル変換器、のうちの１つ又はそれよりも多くを含み得る。フィルタは励起クリーンアップフィルタであり得るし、オシレータは単一周波数変調された或いは多周波数変調されたオシレータであり得るし、ビームスプリッタは二色性ビームスプリッタであり得る。
【００１９】
約１０Ｈｚ〜約１０ＧＨｚに及ぶ周波数内の放射蛍光を検出するようにサブシステムを構成し得る。バッテリをハンドル内に収容し得るし、歯科装置に電力を供給するようにバッテリを構成し得る。歯科装置は、ハンドル内に収容されるモータと、ハンドルの遠位に延在するシャフト内に収容されるサブシステムとを含む。少なくとも歯を磨き且つ歯垢を取り除くためにシャフトに解放可能に繋がるように歯ブラシ組立体を構成し得る。窓を、歯ブラシ組立体に設けられる複数の剛毛に隣接して、歯ブラシ組立体に位置付け得る。窓は、励起信号及び放射蛍光が窓を通過可能であるように、シャフトに配置されるサブシステムと整列する。
【００２０】
放射蛍光の特性は、放射蛍光と関連する位相シフト及び／又は前記放射蛍光の振幅であり得る。コントローラは、時間領域解析方法及び周波数領域解析方法のうちの１つを利用して、放射蛍光の位相シフト及び放射蛍光の振幅を解析するように構成される１つ又はそれよりも多くの制御アルゴリズムを含み得る。
【００２１】
本開示のある特徴は、歯の部位で歯垢を検出する方法を提供する。第１の変調励起キャリブレーション信号（第１の変調された励起キャリブレーション信号）が、歯垢の存在を検出するように構成される歯科装置から放射される。検出される変調蛍光信号と第２の基準信号との間の差が、第１の基準値と第２の基準値との間の差よりも大きいならば、第１の基準値が更新されるように、検出される変調励起キャリブレーション信号蛍光と第２の基準値との間の差を第２の基準信号と第１の基準信号との間の差と比較される。第２の変調励起信号が患者の口の内側に放射される。第２の変調励起信号の放射蛍光が検出される。そして、歯垢の存在を検出するために、第２の励起信号の放射蛍光の１つ又はそれよりも多くの特性が解析される。
【００２２】
歯科装置に動作可能に連結される運動センサを介して、患者の口内の歯科装置の位置を検出し得る。歯特性及び歯垢特性のうちの１つにおける変化を補償するために、歯科装置の使用毎に第１及び第２の基準値をシフトさせ得る。使用者の歯と関連する特性に関する情報を歯科装置のキャリブレーションモジュール内に格納し得る。個人の年齢の結果としての歯の着色及び変化する飲食物の結果としての歯の歯垢量に関する情報をキャリブレーションモジュール内に格納し得る。複数のキャリブレーション値をキャリブレーションモジュール内に格納し得る。複数のキャリブレーション値のうちの１つは、第１の基準値を設定するためのきれいな歯の値に対応し、複数のキャリブレーション値のうちの１つは、第２の基準値を設定するための歯垢で覆われた歯に対応する。
【００２３】
第１及び第２の励起信号を単一周波数及び／又は多周波数で周波数変調し且つ／或いは時間変調し得る。第２の励起信号の放射蛍光を約１０Ｈｚ〜約１０ＧＨｚに及ぶ周波数内で検出し得る。放射蛍光の位相シフト及び／又は振幅を解析し得る。放射蛍光の位相シフト及び振幅を解析するために時間領域及び周波数領域のうちの１つを利用し得る。
【００２４】
ハンドルを備える装置を提供し得る。ハンドルは、歯科装置に電力を供給するように構成されるバッテリを含み、歯科装置は、ハンドル内に収容されるモータと、コントローラと、ハンドルの遠位に延在するシャフト内に収容されるサブシステムとを含む。サブシステムは、以下の構成部品、即ち、発光ダイオード、レーザダイオード、フィルタ、光検出器、画像センサ、増幅器、オシレータ、ミキサ、光学装置（例えば、ビームスプリッタ）、及びアナログ・デジタル変換器、のうちの１つ又はそれよりも多くを備え得る。フィルタは励起クリーンアップフィルタであり得るし、オシレータは単一周波数変調された或いは多周波数変調されたオシレータであり得るし、ビームスプリッタは二色性ビームスプリッタであり得る。少なくとも歯を磨き且つ歯垢を取り除くために、シャフトに解放可能に繋がるように歯ブラシ組立体を構成し得る。歯科装置は窓を備え得る。窓は、歯ブラシ組立体に設けられる複数の剛毛に隣接して、歯ブラシ組立体に位置付けられ、窓は、励起信号及び放射蛍光が窓を通過可能であるように、シャフトに配置されるサブシステムと整列し得る。
【００２５】
以下の図を参照して本開示の特徴をより良く理解し得る。図中の構成部品は必ずしも原寸通りでなく、むしろ強調されて、開示の原理を明らかに例示している。その上、図中、同等の参照番号は、幾つかの図面を通じて対応する部品を指し示している。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１Ａ】本開示のある実施態様に従った歯科装置を示す側面図である。
【００２７】
【図１Ｂ】本開示のある実施態様に従った歯科装置を示す正面図である。
【００２８】
【図２】歯科装置のコントローラ及びサブシステムを示すブロック図である。
【００２９】
【図３】本開示の他の実施態様に従った歯科装置のコントローラ及びサブシステムを示すブロック図である。
【００３０】
【図４】歯の異なるサンプルから取られた測定値を示すグラフであり、異なるサンプルと関連付けられる歯エナメル質のばらつきを示している。
【００３１】
【図５】歯垢で覆われた歯に対応する信号に対するきれいな歯に対応する信号を示す極図である。
【００３２】
【図６】歯垢を検出する方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本開示は、歯異常を取り除き得るように１つ又はそれよりも多くのは異常を検出するために１つ又はそれよりも多くの電力レベルの励起光を利用する、装置及び方法の様々な実施態様を記述する。具体的には、歯科装置、例えば、電気歯ブラシが変調励起光（変調された励起光）をもたらすように構成され、変調励起光は、放射蛍光（放射された蛍光）の減衰時間に対応する放射蛍光の１つ又はそれよりも多くのパラメータを解析するために、放射蛍光を反射させて歯科装置に戻すように構成される。変調励起信号（変調された励起信号）を周波数変調し或いは時間変調（例えば、パルス励起）し得る。次に、１つ又はそれよりも多くのパラメータは、歯異常、例えば、歯垢の存在を検出するために利用される。歯垢が検出されるときには、歯科装置を利用して歯垢を取り除き得る。その上、歯科装置は、使用者からの手作業の入力を伴わずに、その使用中に自動的に較正するように構成される。
【００３４】
図１Ａは、歯垢を検出するように構成されるシステム２を例示している。システム２を様々な手持ち式の歯科器具との使用とのために構成し得る。例示の実施態様において、システム２は多目的歯科装置４（例えば、組合わせ電気歯ブラシ及び歯垢検出器）の形態にある。歯科装置４は適切な構成のハンドル６を含み、ハンドル６は、バッテリ８（電池）及び電気モータ１０を収容するように構成される。電力ボタン又はスイッチ１２（図１Ｂ）がハンドル６に設けられ、押されるときに、歯科装置４及び歯科装置と動作可能に関連付けられる構成部品、例えば、電気モータ１０、コントローラ２０等に電力を供給するために、バッテリ８に動作的に繋がる。適切な構成の複数の剛毛１４が歯ブラシ組立体１６に設けられ、歯ブラシ組立体１６は、１つ又はそれよりも多くの結合方法、例えば、クリップ（明示的に図示していない）を介して、ハンドル６の遠位に延在するシャフト１８に取り外し可能に繋がるように構成される。
【００３５】
図２は、歯科装置４が備え得るコントローラ２０及びサブシステム２２の実施態様のブロック図である。サブシステム２２は、周波数変調される励起光、例えば、青色光、赤色光等の様々な電力強度及び波長を生成し、放射し、且つ／或いは検出し得る、任意の適切な電気的／非電気的な構成部品を含み得る。サブシステム２２は、非限定的に、例えば、１つ又はそれよりも多くの光源３０、光検出器３４、ロックイン増幅器３６(lock-in  amplifier)、オシレータ３８、光学装置（例えば、ビームスプリッタ４０）、及び光学部品２８を含み得る。
【００３６】
光源３０は、任意の適切な光源であり得る。図２に例示する実施態様において、光源３０は、１つ又はそれよりも多くの発光ダイオード３０、例えば、複数の発光ダイオード３０（ＬＥＤ３０）の形態にある。１つ又はそれよりも多くの適切な波長の光を生成するようにＬＥＤ３０を構成し得る。本開示によれば、例えば、ここに記載する目的のために、４０５ｎｍ、４４０ｎｍ、４７０ｎｍ、及び／又は４８０ｎｍ（全て可視光、例えば、青色光）が適することが分かった。具体的には、他の波長の光、例えば、紫外光、赤外光等を口内で用いることの安全の懸念、及びそのような波長の光を利用することに起因するコストの故に、可視光スペクトル内の光を選択した。他の光源、例えば、ダイオードレーザ、及び異なる波長も利用し得る。
【００３７】
光検出器３４は、歯エナメル質上の歯垢の存在を検出するように構成される。具体的には、光検出器３４は、歯材料及び／又は歯垢と関連する放射蛍光を検出し且つ検出される放出蛍光光子を電気信号に変換するように構成され且つ利用され、電気信号は、処理のためにコントローラ２０に送信される。
【００３８】
本開示によれば、約１０Ｈｚ〜約１０ＧＨｚに及ぶ周波数内の歯材料及び／又は歯垢と関連する放射蛍光を検出するように光検出器３４を構成し得る。１つの具体的な実施態様では、例えば、周波数は約１ＭＨｚ〜約１０ＧＨｚに及び得る。他の実施態様では、周波数は約１０Ｈｚ〜約１００ＭＨｚに及び得る。歯材料の放射蛍光減衰特性に関連する信号対雑音を最適化するためにこの具体的な実施態様を利用し得る。代替的に、実施態様では、光検出器３４の代わりに画像センサ（明示的に示していない）を利用し得る。この特定の実施態様では、画素強度を、歯垢がいつ検出されたかを決定するために用い得る形態に変換するために、画像処理を利用し得る。光検出器３４及び画像センサは、両方とも歯材料及び／又は歯垢と関連する前述の放射蛍光を検出するのに適しているが、光検出器３４の簡潔性は、それらをここに記載する目的のために理想的にする。理解し得るように、歯科装置４は光検出器３４と画像センサとの組み合わせを含み得る。
【００３９】
光検出器３４を様々な波長の励起光及び／又は望ましくないバックグラウンド放射線から遮断するために、光フィルタ（明示的に図示していない）を光検出器３４に取り付け得る。加えて、光検出器３４は、例えば、レンズ、複合パラボラ集光装置(compound  parabolic  concentrators)、又は両者の組み合わせのような、１つ又はそれよりも多くの収集及び集束光学(collection  and  focusing  optics)を含み得る。
【００４０】
反射させられる励起光及び／又は受け取られる蛍光ビームを歯から取り除くように光学装置(optical  unit)を構成し得る。この目的を考慮して、周波数変調された励起光を歯に向かって方向付け、且つより長い波長を有する放射蛍光を光検出器３４に向かって反射させるために、ビームスプリッタ４０が利用される。従って、この目的のために、ショートパス特性を有する二色性ビームスプリッタを利用した。代替的に、ビームスプリッタ４０を用いる代わりに、１つは励起のためであり、１つの検出のためである、２つの光路を利用し得る。これは、例えば、歯科装置４の設計変動に適合するために、特定の実施態様において有利であり得る。理解し得るように、ビームスプリッタ４０に関連する機能をもたらすために、他の適切な光学装置も利用し得る。
【００４１】
如何なる望ましくない波長（例えば、紫外光）の光も歯又は光検出器３４に到達するのを妨げるために、任意的なフィルタ３２を設けて利用し得る。例示の実施態様では、例えば、フィルタ３２は、励起クリーンアップフィルタ(excitation  cleanup  filter)、例えば、狭いバンドパスフィルタ(narrow  bandpass  filter)である。異なる波長及び／又は出力強度の光に適合し且つ／或いは異なるフィルタリング結果を達成するようにフィルタ３２を構成し得る。
【００４２】
オシレータ３８は、任意の適切なオシレータであり得る。例示の実施態様において、オシレータ３８は、ＬＥＤ３０に動作可能に結合され、オシレータ３８は、ＬＥＤ３０が周波数変調された光又は信号を生成し或いは放射するよう、ＬＥＤ３０を駆動させるように構成される。周波数変調された信号を単一の周波数で或いは多周波数で同時に放射し得る。後者を多数の別個の周波数（又は混ぜ合わせられた多数の周波数）として実行し、使用者の口の中で潜在的に干渉する材料、例えば、合成充填物を分け隔てるために用い得る。
【００４３】
ロックイン増幅器３６、オシレータ３８及び光検出器３４からの入力信号を受信するように構成され、検出される放射蛍光に対応する対応信号をコントローラ２０に出力する。具体的には、オシレータ３８は、基準周波数（例えば、周波数変調された励起信号の周波数）をロックイン増幅器３６に提供する。ロックイン増幅器３６は、この基準周波数を利用して光検出器３４から受信される信号の望ましくない部分、例えば、雑音を除去し、処理のために必要とされる信号の残余の部分をコントローラ２０に伝達する。本質的には、ロックイン増幅器３６は、位相敏感検出器(phase  sensitive  detector)として機能する。理解し得るように、ここに記載する目的のために、他の増幅器及び／又は信号処理装置を利用し得る。
【００４４】
サブシステム２２は、複数の剛毛１４が配置される場所に隣接する歯ブラシ組立体１６を通じて放射される周波数変調された励起信号から歯材料（そして、一部の場合には、歯肉）を照明するように構成される。この目的を考慮して、適切の構造の光学窓２４（図１Ａ及び１Ｂ）が複数の剛毛１４に隣接して歯ブラシ組立体１６に設けられ、サブシステム２２による光の検出のために、光が光学窓を通過するのを可能にするように構成される。具体的には、ＬＥＤ３０から生成される周波数変調された励起信号が窓２４を通じて放射され、反射させられる光（例えば、歯材料及び／又は歯垢の放射蛍光）が窓２４を通じて戻って光検出器３４によって検出されるように、歯ブラシ組立体１６がシャフト１８に繋がれると、窓２４は、ＬＥＤ３０、光検出器３４、増幅器３６、オシレータ３８、ビームスプリッタ４０、及び光学部品２８を含む、サブシステム２２と整列する。
【００４５】
図１Ａを再び参照すると、歯科装置４は、（図２に最良に見えるような）サブシステム２２と通信するコントローラ２０（例えば、マイクロプロセッサ）を含み、サブシステム２２は、光、例えば、周波数変調された励起信号並びに歯材料及び歯垢と関連する放射蛍光を生成し、放射し、且つ検出するように構成される。コントローラ２０は、プロセッサ、マイクロコントローラ、システムオンチップ（ＳＯＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＥＰＧＡ）等であり得る。集合的に、ここに記載する様々な機能及び作動を遂行するための、プロセッサ、マイクロコントローラ、ＳＯＣ、及び／又はＥＰＧＡを含み得る、１つ又はそれよりも多くの構成部品は、例えば、請求項において引用されるような、コントローラ２０の一部である。単一のプリント回路基板（ＰＣＢ）上に取り付け得る単一の集積回路（ＩＣ）チップとしてコントローラ２０を提供し得る。代替的に、例えば、プロセッサ、マイクロコントローラ等を含む、コントローラ２０の様々な回路部品は、１つ又はそれよりも多くの集積回路チップとして提供される。即ち、様々な回路部品を１つ又はそれよりも多くの集積回路チップ上に配置し得る。
【００４６】
コントローラ２０は、サブシステム２２と通信し、放射蛍光の１つ又はそれよりも多くの特性を解析するように構成される。例示の実施態様では、放射蛍光の１つ又はそれよりも多くの特性を放射蛍光及び／又は放射蛍光の振幅と関連して位相シフトし得る。
【００４７】
本開示によれば、位相シフト（及び／又は振幅）は、放射蛍光の減衰時間と相関させられ、歯垢の存在を検出するために利用される。具体的には、経験的テストを通じて、検出された放射蛍光の位相シフト（及び／又は振幅）と蛍光減衰時間との間に直接的な相関があることが分かった。より具体的には、歯垢のある歯から放射される放射蛍光と比較すると、歯の表面に歯垢のない歯からの放射蛍光はより遅く減衰する、即ち、歯垢のある歯はより素早く減衰する。従って、歯垢のない歯の検出される放射蛍光の位相シフトと比較すると、歯垢のある歯の検出される放射蛍光は、特別な周波数範囲でより遅い位相シフトを有する。低い周波数で、例えば、両方の場合に関して、例えば、歯垢のある／歯垢のない歯に関して、位相シフトはゼロである。極めて高い周波数で、両方の状況は、９０度の位相シフトを示す。これらの２つの極端の間の周波数で、きれいなエナメル質／象牙質の位相シフトは、歯垢で覆われたエナメル質／象牙質の位相シフトよりも大きい。換言すれば、より速い減衰時間（時間領域）が、周波数領域におけるより遅い位相シフトを意味する。振幅復調に関して類似の相関を行い得る。即ち、きれいなエナメル質／象牙質部位の蛍光の復調は、特定の変調周波数で、歯垢で覆われた同じ部位の蛍光の復調よりも大きい。我々が時間領域における（即ち、パルス励起の場合における）検出される蛍光応答を解析するならば、きれいなエナメル質／象牙質部位のために、励起後の特定の時間で観察される蛍光強度は、歯垢で覆われたエナメル質／象牙質の観察される蛍光高度よりも大きい。前述によれば、コントローラ２０は、時間領域及び／又は周波数領域解析方法を利用して放射蛍光の位相シフト（及び／又は振幅）を解析するように構成される１つ又はそれよりも多くの制御アルゴリズムを含む。例えば、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）、及び／又はラプラス変換を利用して、検出される放射蛍光の位相シフト及び／又は振幅を計算し得る。
【００４８】
既知であるように、人のエナメル質の寿命減衰データには特定のばらつきがある。前述の歯科装置は、実際の減衰時間の決定に依存しないが、実際の減衰時間のばらつきは、コントローラ２０が利用し得る有効信号範囲を制約し、よって、個人間の歯エナメル質のばらつきの結果として、低いレベルの歯垢被覆率(coverage)の検出を制約し得る。
【００４９】
例えば、図４は、異なるサンプルからの歯エナメル質、例えば、牛の歯エナメル質、人の歯エナメル質、及び歯垢で覆われた牛の歯エナメル質の極図(polar  plot)を示している。具体的には、検出される蛍光は、Ｍｃｏｓ（Φ）に対するＭｓｉｎ（Φ）（例えば、応答の同相部分に対する９０°位相シフト分）として記される。図４では、きれいな象牙質が、低周波数で［１：０］付近で開始し且つより高い周波数のために原点に向かって進む軌跡として描かれている。本開示によれば、原点からの距離と所与の周波数での場所とｘ軸との間の角度である位相角は、ある大きさの応答をもたらす。
【００５０】
図４から明らかであるように、きれいな歯の信号の場所には散乱(scatter)がある。理解し得るように、個人間の歯垢の異なる組成の故に、例えば、彼らの異なる飲食物(diet)、口腔衛生習慣、遺伝学等の故に、歯垢信号におけるばらつきが予想される。しかしながら、きれいな歯に対応する信号及び歯垢で覆われた歯に対応する信号におけるこのばらつきは、個人の間のばらつきであり、コントローラ２０から行われるキャリブレーションステップによって検出可能であり且つ／或いは除去される。
【００５１】
具体的には、コントローラ２０は、各個別の使用者のために歯材料のきれいな片に対してキャリブレーション励起信号を放射するように構成される。この目的を達成するために、キャリブレーションモジュール４４（図１Ａ）がコントローラ２０と動作的に連絡して、歯科装置４を較正するように構成され得る。理解し得るように、これはコントローラ２０が利用し得る有効信号範囲を最大限化し得る。具体的には、きれいな歯に対する全ての位相減衰及び周波数依存利得を較正することによって、前述の解析は、検出される歯垢の量のより正確な測定をもたらし、よって、歯垢検出及び／又は除去を最大限化する。
【００５２】
本開示によれば、きれいな歯に対応する信号（例えば、第1の基準信号）及び歯垢で覆われた歯に対応する信号（例えば、第２の基準信号）に関するデータを極図(polar  diagram)として記して、特定の周波数でのこれらの信号における差を例示する（図５）。極図は、完全歯垢被覆率の歯と、歯垢のない歯、即ち、きれいな表面を備える歯とを示しており、部分的な歯垢被覆率の歯が歯垢ベクトルに沿う線の上でどこに位置し得るかの予測を可能にし、低い歯垢被覆率はきれいな歯の場所付近にある。よって、ベクトルの終点が既知であることを条件として、歯垢被覆率の程度の測定が可能である。
【００５３】
歯科装置４は、歯磨き中に周波数変調された励起キャリブレーション信号を放射するように構成される。具体的には、キャリブレーションモジュール４４がキャリブレーションステップを行い、キャリブレーションステップは、図５の極図からのきれいな歯からの信号（例えば、第１の基準信号）及び歯垢で覆われた歯からの信号（例えば、第２の基準信号）を含む１つ又はそれよりも多くのデータルックアップ表５０を利用し、予備的なフィードバックのためにこの情報を用いる。データルックアップ表５０は、上で参照した極図から得られるきれいな歯からの信号及び歯垢で覆われた歯からの信号をキャリブレーション値として格納する、非揮発性の更新可能なメモリの形態にあり得る。理解し得るように、図５中の極図及び／又は図４から取られる測定値は、利用される歯の特定のサンプルの結果として異なり得る。
【００５４】
歯磨き中、キャリブレーションモジュール４４は、検出される周波数変調される蛍光信号を第１及び第２の基準値と比較する。具体的には、検出される周波数変調された蛍光信号と第２の基準信号（図４の右下部分に向かう最も極端な歯垢のような値）との間の差が、第１の基準値（図４の左上部分に向かう最も極端な歯のような値）と第２の基準値との間の差よりも大きいならば、第１の基準値は更新される。１つの具体的な実施態様において、第１の基準信号を検出される周波数変調された蛍光信号の付近に或いはそれと等しく更新し得る。この自動キャリブレーションプロセスは、キャリブレーションモジュール４４が、従来的な歯垢検出器に比べてより低いレベルの歯垢被覆率を検出して有用なフィードバック情報を維持するのを可能にする。
【００５５】
本開示によれば、生データ、例えば、「ｎ」数の潜在的な使用者のためのキャリブレーション値がデータルックアップ表５０内に格納され且つ多数の周波数で測定され得て、歯垢で覆われた歯からきれいな歯を良好に分離することを可能にする。この場合には、キャリブレーションを各周波数のために別個に計算し得るし、或いは各極端状態のための減衰モデルに適合させることによってキャリブレーションを連関的に計算し得る。
【００５６】
歯科装置４が多数の使用者によって利用され或いは共用されるならば、異なる歯ブラシ組立体１４を検出するようにキャリブレーションモジュール４４を構成し得る。この場合には、例えば、１つ又はそれよりも多くの機械的及び／又は電気的な装置を、キャリブレーションモジュール４４と動作可能に連絡して歯科装置４に設け得る。多数の使用者がキャリブレーションモジュール４４によって検出される事態では、きれいな歯及び歯垢で覆われた歯のキャリブレーション値を各使用者のために格納し、格納値を使用者毎に用い（そして、適切であるならば、更に更新し）得る。新しい使用者が検出されるときに、キャリブレーションモジュール４４は所定の値又は既知の使用者の平均値に初期設定される。
【００５７】
その上、キャリブレーション値を、歯垢で覆われた歯ベクトルに沿って、反対の状態、例えば、きれいな歯ベクトルに向かって、各使用者のために所定の量だけ自動的にシフトさせ得る。理解し得るように、これはキャリブレーションモジュール４４がきれいな歯特性及び／又は歯垢で覆われた歯特性における漸進的な変化を補償するのを助ける。漸進的な変化は、例えば、年齢による使用者の歯の漸進的な着色（染み）及び／又は飲食物の変化に起因する歯垢量(dental  plaque  population)の移動(drift)を含み得る。
【００５８】
実施態様では、使用者の口内の適切な位置を検出するために、サブシステム２２中に任意的な運動センサ５２（例えば、図１Ａ）を設けて利用し得る。この実施態様では、口の内側に有意な変動がある場合に、キャリブレーションモジュール４４が使用者の口内の異なる位置を補償することを可能にするために、運動センサ５２を利用し得る。
【００５９】
歯垢を検出するための方法１００に関してシステム２の動作を記載する。初めに、歯科装置４を使用者の口内に位置付け得る。歯科装置４の電源が入れられるときに歯科装置４を自動的に較正するようにキャリブレーションモジュール４４を構成し得る（図６のステップ１０２を参照）。歯科装置４のこのキャリブレーション（較正）は、使用者が遂行されるキャリブレーションステップに気付かないという点において、本質的に使用者にトランスペアレント（透過性）である。具体的には、周波数変調された励起キャリブレーション信号がＬＥＤ３０から放射され且つ光検出器３４から検出され、次いで、光検出器３４は、検出されるキャリブレーション信号蛍光をその処理のためにキャリブレーションモジュール４４に伝達する。例示の実施態様では、初めに、キャリブレーションモジュール４４は、検出されるキャリブレーション信号を、データルックアップ表５０内に収集されたきれいな歯のための既知の基準値と比較する。この場合、既知の基準値は図４の左上部分に対応し、高いレベルの歯垢を検出するために用いられる。
【００６０】
然る後、複数の剛毛１４が従来的な方法において作動させられ且つ回転させられ、周波数変調された励起信号がＬＥＤ３０から放射され（図６のステップ１０４を参照）、それは放射蛍光を反射させて光検出器３４に戻す（図６のステップ１０６を参照）。
【００６１】
次に、コントローラ２０がロックイン増幅器３６から出力信号を受信する。制御アルゴリズムは前述の変換の１つ又はそれよりも多くを利用して、検出される放射蛍光の位相シフト（及び／又は振幅）を計算する（図６のステップ１０８を参照）。コントローラ２０は閉塞ループのフィードバックループを利用して、検出される放射蛍光の位相シフトの存在を継続的に監視し、全ての歯垢が歯部位から取り除かれることを保証する。実施態様では、歯科装置４は、歯の特定の部位がきれいであるときに使用者に表示を与えるように構成される、例えば、音声的、視覚的等の、１つ又はそれよりも多くの表示装置（明示的に示していない）を備え得る。そのような表示の後、使用者は、次に、歯の異なる部位又は次の歯に移り得る。理解し得るように、これは使用者の総歯磨き時間を減少させ、且つ／或いはより良好でより意識的な歯磨き作業（ルーチン）ももたらし得る。
【００６２】
前述のプロセスを繰り返し、歯磨きしている目下の歯にある歯垢のレベルを継続的に測定する。歯科装置４は、広範な方法において、例えば、ハンドル８上のもう１つのＬＥＤを照らすことによって、歯垢の存在を使用者に伝達し得る。
【００６３】
歯科装置４は、使用者が彼らの歯を洗浄するのを助けながら、彼らが彼らの歯から歯垢を取り除いているか否か並びに彼らが歯垢を十分に取り除いたか否かを使用者に知らせる。その上、歯科装置４は、歯垢に関する情報を歯磨き中に実時間において提供する。歯科装置４は、高電圧を利用し且つ典型的には従来的な歯垢装置と関連付けられる前述の嵩張る高価な部品を使用せずに、前述を達成する。
【００６４】
前述から並びに様々な図面の図を参照して、当業者は、本開示の範囲から逸脱せずに、本開示に対する特定の変更を行い得ることも理解するであろう。例えば、一部の実施態様では、電気回路２２をハンドル８に内蔵させて、シャフトを交換するのを可能にする。この場合には、周波数変調された励起信号を歯ブラシ組立体１６に送り得るし、放射蛍光を反射させて光ファイバ（明示的に示していない）を介して光検出器３４及びコントローラ２０に戻し得る。その上、この実施態様では、１つ又はそれよりも多くの光ガイド（明示的に示していない）を歯科装置４に設け、窓２４から並びに窓２４に光を流すように構成し得る。
【００６５】
図２に例示する実施態様において、コントローラ２０及び電気回路２２は、アナログ領域内で機能するように構成される。しかしながら、実施態様（例えば、図３を参照）では、オシレータ３８及び／又はロックイン増幅器３６をデジタル領域内で実行し得る。この特定の実施態様では、デジタル実行(digital  implementation)をコントローラ２０内に、例えば、アナログヘテロダイン段階中に含めて、信号をアナログ・デジタル変換により良好に適した中間周波数帯にダウンコンバート（下方変換）し得る。具体的には、各周波数変調された励起信号のために、オシレータ３８（例えば、デジタルオシレータ）は、その出力がアナログ・デジタル変換器４６の周波数範囲に入るミキサのための小さいオフセットを伴う、周波数変調された励起信号を生成する。然る後、全ての残余の信号処理が上記に従ってデジタル式に行われる。
【００６６】
その上、多数の蛍光測定が必要とされる場合には、多数の周波数に亘って同時に蛍光の検出を可能にする最大長シーケンス(maximum  length  sequence)を生成し且つ放射するようにオシレータ３８及びＬＥＤ３０を構成し得る。この場合、コントローラ２０は、１つ又はそれよりも多くのアナログ・デジタル変換器４６と、別個の周波数応答を抽出し且つ／或いは別個の周波数応答をインパルス応答に変換するように構成される適切なデジタル処理装置（明示的に示していない）とを含み得る。
【００６７】
開示の幾つかの実施態様を図面中に示したが、開示は当該技術が許容する程に広いことが意図されるので、開示がそれらに限定されることは意図されず、明細書が同様に判読されることは意図されない。従って、上述の記載は限定的であると解釈されてはならず、特定の実施態様の例示に過ぎないと理解されるべきである。当業者は、上述の記載に付属する請求項の範囲及び精神内の他の変更を心に描くであろう。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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