(57)【要約】  ユーザの口内の組織領域で光を放射するように構成される光エミッタ（１０２）と、組織領域を通じて拡散的に反射される光信号を検出するように構成される少なくとも４つの波長感受性光検出器（１１０，１１２，１１４，１１６）であって、少なくとも４つの波長感受性光検出器の各々は、フィルタ（ＢＰＦ１，ＢＰＦ２，ＢＰＦ３，ＢＰＦ４）と、フォトダイオード（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４）とを含み、フォトダイオードは、フォトダイオードと対応する増幅器のための電流差信号を生成するよう互いの上に積み重ねられ、電流差信号の生成は、増幅の前に光信号から望ましくない成分を除去する、少なくとも４つの波長感受性光検出器と、対応する増幅器からの出力を受信して、組織領域での組織炎症を検出するように構成される、炎症検出ユニット（１３６）とを含む、組織炎症、特に歯肉炎を検出する、システム。
2021535400.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
組織炎症を検出するシステムであって、
ユーザの口内の組織領域で光を放射するように構成される光エミッタと、
前記組織領域を通じて拡散的に反射される光信号を検出するように構成される少なくとも４つの波長感受性光検出器であって、少なくとも４つの波長感受性光検出器の各々は、フィルタと、フォトダイオードとを含み、該フォトダイオードは、該フォトダイオードと対応する増幅器のための電流差信号を生成するよう互いに積み重ねられ、前記電流差信号の生成は、増幅の前に前記光信号から望ましくない成分を除去する、少なくとも４つの波長感受性光検出器と、
前記対応する増幅器からの出力を受信して、前記組織領域での組織炎症を検出するように構成される、炎症検出ユニットとを含む、
システム。
【請求項２】
検出される前記組織炎症は、歯肉炎である、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記光エミッタおよび前記少なくとも４つの波長感受性光検出器は、３００μｍ〜２０００μｍの間のソース−検出距離を有する拡散反射分光法（ＤＲＳ）プローブにおいて具現される、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記反射される光を前記少なくとも４つの波長感受性光検出器に亘って分散させるように構成されるスプリッタを更に含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記スプリッタは、融合ファイバスプリッタ、分散スプリッタ、または光ガイドマニホルドである、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記光エミッタは、蛍光体変換白色ＬＥＤである、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記少なくとも４つの波長感受性光検出器の各々のための前記フィルタは、帯域フィルタである、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記フォトダイオードのための前記電流差信号は、増大する大きさにある、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記フォトダイオードのための前記電流差信号は、それぞれ、フォトダイオードのための第1、第２、および第３の電流差信号を含み、前記第２の電流差信号は、前記第１および第３の電流差信号よりも大きい、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記積み重ねられるフォトダイオードは、底フォトダイオードを有するスタックを形成し、前記底フォトダイオードは、閉ループにおいて電流源制御されて終端する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記積み重ねられるフォトダイオードは、底フォトダイオードを有するスタックを形成し、前記底フォトダイオードは、最大の電流差信号が最小限に抑えられるレベルで光電流を生成する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
フロントエンドを含む組織炎症を検出する方法であって、
光エミッタによる光をユーザの口内の組織領域に向かって放射するステップと、
少なくとも４つの波長感受性光検出器を介して、前記組織領域を通じて拡散的に反射される光信号を検出するステップであって、前記少なくとも４つの波長感受性光検出器の各々は、フィルタと、フォトダイオードとを含み、該フォトダイオードは、該フォトダイオードと対応する増幅器のための電流差信号を生成するために互いに積み重ねられ、前記電流差信号の生成は、増幅の前に前記光信号から望ましくない成分を除去する、検出するステップと、
前記増幅器の出力をＡＤ変換器に入力するステップと、
前記ＡＤ変換器の出力を組織炎症検出ユニットに入力するステップとを含む、
方法。
【請求項１３】
前記組織炎症は、歯肉炎である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記検出するステップは、前記反射される光を前記少なくとも４つの波長感受性光検出器に亘って分散させることを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記スプリッタは、融合ファイバスプリッタ、分散スプリッタ、または光ガイドマニホルドである、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、拡散反射分光法(diffuse  reflective  spectroscopy)技術を用いて、組織炎症、特に歯肉炎を検出するためのフロントエンド(front-end)に概ね向けられている。
【背景技術】
【０００２】
拡散反射分光法（ＤＲＳ）を用いた歯肉炎検出は、現在、口腔内の限られた空間の故に光を輸送する1つ以上の光ファイバの周囲に構成される小さな角度付けられたプローブを用いて行われている。そのような小さなプローブは、歯肉炎が一般的に発生する歯間領域での測定に有用である。しかしながら、接触するとき、そのような小さなプローブは、組織に大きな圧力をかけて、血液を押し出し、それによって、血液特性のＤＲＳ測定を妨害し得る。よって、ＤＲＳ測定は、好ましくは、非接触モードで行われ、所要の非接触モードは、所望の拡散反射成分に加えて、鏡面反射光を検出することになる。拡散反射光（すなわち、組織を通じて伝搬される光）は、高度に減衰されるので、これらの鏡面成分は、比較的大きくなり得る。
【０００３】
更に、プローブの重要な特性は、ソース(線源)−検出分離(source-detection  separation)である。何故ならば、それはプローブのサンプリング深さ（すなわち、測定された光がどれぐらいの組織内の深さに由来するか）に影響を与えるからである。しかしながら、ソース−検出分離は、非歯肉組織、例えば、歯および／または歯科インプラントからの光を照射および／または検出するリスクを増大させる。例えば、乳頭(papilla)は小さな先端のような形状で終端するので、繊維分離の故に、所望の乳頭信号は、少なくとも部分的に歯のエナメル質信号で汚染される可能性が高い。歯および／または歯科インプラント／修復物は、主に白色／黄色を示すので、偽の歯反射は、歯肉炎の検出に関する情報（すなわち、ヘモグロビン濃度）を含まないＤＲＳ信号に直流（ＤＣ）のようなオフセットを加える。この偽信号は、ダイナミックレンジ(dynamic  range)の部分を占める。典型的には、そのような偽信号は、大きなダイナミックレンジ(dynamic  range)およびアナログデジタル変換器分解能(resolution)を必要とする増幅および／またはアナログデジタル変換後の適切な信号処理によって除去される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、増幅および／またはアナログデジタル（ＡＤ）変換の前に大きなオフセット部分(offset  part)を除去し、それによって、電子機器に対する要求を緩和する、ＤＲＳフロントエンド(front-end)を使用して、組織炎症、そして、特に歯肉炎の正確な検出を可能にする、発明的な口腔ヘルスケアシステムおよび方法が、当該技術分野において必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示は、拡散反射分光法（ＤＲＳ）を用いて、組織炎症、特に歯肉炎を検出するための発明的なシステムおよび方法に向けられている。本明細書中の様々な実施形態および実装は、大きなダイナミックレンジを提供し、鏡面成分およびＤＣ成分を直接的に（すなわち、センサフロントエンド電子機器の前に、センサで）除去する、フロントエンドを含む歯肉炎検出システムに向けられている。歯肉炎検出システムは、光エミッタの特殊化された構成、４つ以上の波長感受性光検出器、および組織炎症検出システムを含む。
【０００６】
一般的に、１つの態様では、組織炎症を検出するためのシステム組織炎症を検出するシステムが提供される。システムは、ユーザの口内の組織領域で光を放射するように構成される光エミッタと、組織領域を通じて拡散的に反射される光信号を検出するように構成される少なくとも４つの波長感受性光検出器であって、少なくとも４つの波長感受性光検出器の各々は、フィルタと、フォトダイオードとを含み、フォトダイオードは、フォトダイオードと対応する増幅器のための電流差信号を生成するよう互いに積み重ねられ、電流差信号の生成は、増幅の前に光信号から望ましくない成分を除去する、少なくとも４つの波長感受性光検出器と、対応する増幅器からの出力を受信して、組織領域での組織炎症を検出するように構成される、炎症検出ユニットとを含む。様々な実施形態において、組織炎症は歯肉炎である。
【０００７】
１つの実施形態において、光エミッタおよび少なくとも４つの波長感受性光検出器は、３００μｍ〜２０００μｍの間のソース−検出距離を有する拡散反射分光法（ＤＲＳ）プローブにおいて具現される。
【０００８】
１つの実施形態において、反射される光を前記少なくとも４つの波長感受性光検出器に亘って分散させるように構成されるスプリッタを更に含む。
【０００９】
様々な実施形態において、スプリッタは、融合ファイバスプリッタ、分散スプリッタ、または光ガイドマニホルドである。
【００１０】
１つの実施形態において、光エミッタは、蛍光体変換白色ＬＥＤである。
【００１１】
１つの実施形態において、少なくとも４つの波長感受性光検出器の各々のための前記フィルタは、帯域フィルタである。
【００１２】
１つの実施形態において、フォトダイオードのための電流差信号は、増大する大きさにある。
【００１３】
１つの実施形態において、フォトダイオードのための電流差信号は、それぞれ、フォトダイオードのための第1、第２、および第３の電流差信号を含み、第２の電流差信号は、第１および第３の電流差信号よりも大きい。
【００１４】
１つの実施形態において、積み重ねられるフォトダイオードは、底フォトダイオードを有するスタックを形成し、底フォトダイオードは、閉ループにおいて電流源制御されて終端する。
【００１５】
１つの実施形態において、積み重ねられるフォトダイオードは、底フォトダイオードを有するスタックを形成し、底フォトダイオードは、最大の電流差信号が最小限に抑えられるレベルで光電流を生成する。
【００１６】
一般的に、別の態様では、フロントエンドを含む組織炎症を検出する方法が提供される。方法は、
光エミッタによる光をユーザの口内の組織領域に向かって放射するステップと、少なくとも４つの波長感受性光検出器を介して、組織領域を通じて拡散的に反射される光信号を検出するステップであって、少なくとも４つの波長感受性光検出器の各々は、フィルタと、フォトダイオードとを含み、フォトダイオードは、フォトダイオードと対応する増幅器のための電流差信号を生成するために互いに積み重ねられ、電流差信号の生成は、増幅の前に光信号から望ましくない成分を除去する、検出するステップと、増幅器の出力をＡＤ変換器に入力するステップと、ＡＤ変換器の出力を組織炎症検出ユニットに入力するステップとを含む。様々な実施形態において、組織炎症は、歯肉炎である。
【００１７】
１つの実施形態において、検出するステップは、前記反射される光を少なくとも４つの波長感受性光検出器に亘って分散させることを含む。
【００１８】
１つの実施形態において、スプリッタは、融合ファイバスプリッタ、分散スプリッタ、または光ガイドマニホルドである。
【００１９】
本開示の目的のために本明細書で使用されるとき、「コントローラ」という用語は、撮像装置、システム、または方法の動作に関連する種々の装置を記述するために概ね使用される。コントローラは、本明細書で議論する様々な機能を実行するために、（例えば、専用ハードウェアを用いることのような）様々な方法で実装されることができる。「プロセッサ」は、本明細書で議論する様々な機能を実行するためにソフトウェア（例えば、マイクロコード）を用いてプログラムされることがある１つ以上のマイクロプロセッサを利用するコントローラの一例である。コントローラは、プロセッサを用いて或いは用いないで実装されてよく、幾つかの機能を実行するための専用ハードウェアと他の機能を実行するためのプロセッサ（例えば、１つ以上のプログラムされたマイクロプロセッサおよび関連する回路構成）との組み合わせとして実装されてもよい。本開示の様々な実施形態において利用されてよいコントローラコンポーネントの例は、従来的なマイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路、およびフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を含むが、これらに限定されない。
【００２０】
前述の概念および以下により詳細に議論する追加的な概念の全ての組み合わせは（そのような概念が相互に矛盾しないならば）本明細書に開示する発明的な主題の一部であると考えられることが理解されるべきである。特に、本開示の末尾に現れる特許請求される主題の全ての組み合わせは、本明細書に開示する発明的な主題の一部であると考えられる。
【００２１】
本発明のこれらのおよび他の態様は、以下に記載する（複数の）実施形態から明らかであり、それらを参照して解明されるであろう。
【００２２】
図面において、同等の参照符号は、異なる図を通じて同じ部品を概ね指している。また、図面は、必ずしも縮尺通りでなく、代わりに、本発明の原理を図示することに概ね重点が置かれている。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１Ａ】ある実施形態に従った異なるプローブ対ターゲット角度で測定された拡散反射分光法スペクトルのグラフである。
【００２４】
【図１Ｂ】ある実施形態に従った計算された血液酸素化血液値のグラフである。
【００２５】
【図２】ある実施形態に従った組織酸素化が完全に酸素化された状態から完全に脱酸素化された状態に変化することによって引き起こされる拡散反射分光法スペクトルにおけるシミュレートされた変化のグラフである。
【００２６】
【図３】ある実施形態に従った組織炎症検出システムの概略図である。
【００２７】
【図４】ある実施形態に従った４つの波長感受性光検出器を含む組織炎症検出システムの概略的なブロック図を示している。
【００２８】
【図５】ある実施形態に従った組織炎症を検出する方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本開示は、拡散反射光(diffuse  reflected  light)を用いた、組織炎症および特に歯肉炎の改良された検出のためのシステムおよび方法の様々な実施形態を記載する。より一般的には、出願人は、拡散反射分光法信号の取得後の最も早い可能性で大きなオフセット(offset)を除去するシステムを提供することが有益であることを認識し且つ理解した。従って、本明細書に記載する或いは他の方法で想定されるシステムおよび方法は、歯肉組織の測定値を得るように構成された口腔ヘルスケアデバイスを提供する。口腔ヘルスケアデバイスは、関連する増幅器が可能な限り最低の電流差を受けるように、拡散反射光を検出するように構成された４つ以上の波長感受性光検出器と光エミッタとを含む。増幅および／またはアナログデジタル（ＡＤ）変換の前に大きなオフセット部分が除去されるならば、電子機器に対する要求は緩和され、より正確な歯肉炎検出が可能にされる。
【００３０】
本明細書に開示する或いは他の方法で想定される実施形態および実装を、歯ブラシ、フロスデバイス、口腔洗浄機、舌洗浄機、または他のパーソナルケアデバイスのような、任意の適切な口腔ヘルスケアデバイスと共に利用することができる。しかしながら、本開示は、これらの口腔ヘルスケアデバイスに限定されず、よって、本開示および本明細書に開示する実施形態は、任意の口腔ヘルスケアデバイスを包含することができる。
【００３１】
歯肉の炎症である歯肉炎は、歯肉の腫脹、浮腫、発赤によって特徴付けられ、歯肉溝（歯肉ポケット）内の歯垢蓄積によって主として引き起こされる。そのような歯肉疾患は、典型的には、歯と歯の間の歯間領域および後歯の周囲のような、手の届きにくい領域に見出される。
【００３２】
実際には、成人人口の５０％〜７０％が歯肉炎に罹患していると推定されている。しかしながら、消費者は、しばしば、歯肉炎の初期徴候を検出できない。典型的には、歯肉炎は、個人が歯を磨くときに自分の歯肉が出血しやすいことに気付くまで進行する。従って、歯肉炎は、疾患が既に進行し、治療が著しく困難になった場合にだけ検出されることがある。歯肉炎は、口腔衛生の改善によって容易に回復するが、歯肉炎は不可逆性歯周炎に伝播し得るので、口腔の健康を良好に保ち、可能な限り早く歯肉炎を検出することが重要である。
【００３３】
歯肉炎は、歯肉の発赤および腫脹を検出することによって視覚的に診断されることがある。（歯肉の発赤および炎症に基づく非接触歯肉炎指数を記載するRR.  Lobene,  et  al.,  “A  modified  gingival  index  for  use  in  clinical  trials”,  Clin.  Prev.  Dent,  8:3-6,  (1986)を参照）。しかしながら、これは感度が限られており、使用される光源の演色指数に大きく依存する。よって、現代の蛍光体変換ＬＥＤは、不十分な視覚的判断をもたらす低いＣＲＩを有し得る。
【００３４】
歯肉の発赤は、歯肉溝または歯肉線に沿う領域の歯垢からの細菌性バイオフィルム毒素に対する急性炎症反応である。この短期間の炎症反応は、細動脈の平滑筋細胞が弛緩し、血管を広げて毛細血管床への血液供給を増加させる、血管拡張を引き起こす。これは歯肉の発赤をもたらし、測定することが困難な小さな温度上昇をもたらし得る。加えて、毛細血管は、より透過性になり、それは毛細血管から間質腔への水分喪失の増加を招き、歯肉の腫脹を招く。炎症が慢性であるならば、組織の追加的な血液需要に対処するために追加的な毛細血管が形成されることがある組織の血管新生の増加によって、追加的な発赤が起こる。
【００３５】
これらの要因は、拡散反射分光法（ＤＲＳ）に基づく歯肉炎の検出を可能にする。ＤＲＳは、例えば、白色光をターゲット(標的)に向けて放射し、拡散した（鏡面光ではなく）反射光のスペクトル特性を分析することを含む、光学的方法である。歯肉組織における異なる発色団の故に、拡散反射光のスペクトル特性は、ソース光のスペクトル特性と明らかに異なる。T.  Hanioka,  et  al.,  “Hemoglobin  concentration  and  oxygen  saturation  of  clinically  healthy  and  inflamed  gingiva  in  human  subjects”,  J.  Periodontal  Res.  25:  93-98  (1990)に記載されているように、総ヘモグロビン濃度の上昇および血中酸素化の低下を、歯肉炎検出に関連して決定することができる。この方法は、６つの固定波長を使用し、脱酸素化、酸素化、および総ヘモグロビン濃度を計算する。後者の２つは、酸素飽和度を計算するために用いられる。
【００３６】
図１Ａおよび図１Ｂは、異なるプローブ対ターゲット角度を使用して測定されたＤＲＳスペクトルを示している。図１Ｂにおいて、血液酸素化値は、Hanioka  et  alに記載される例示的な方法に従って計算される。表面法線に近い角度について、鏡面反射は、拡散成分よりも約１０倍大きくなる。よって、図１Ｂに示すように、この方法に従って計算された酸素化値は、大きな変動を生む。検出された鏡面反射光は、大きな誤差をもたらし得る。
【００３７】
図２を参照すると、特にサンプリング深さ要件の故に近赤外線（ＮＩＲ）波長を使用するよう強制されるならば、ＤＲＳ信号における酸素化依存変化は、（偽および／または鏡面反射がなくても）非常に小さくなり得る。図２は完全に酸素化された状態から完全に脱酸素化された状態（１００％→０％）に変化する組織によって引き起こされるＤＲＳスペクトルのシミュレートされた変化を示している。実際には、変化は遙かに小さい。すなわち、歯肉炎については、酸素化の約１０％の低下が予測される。鏡面反射は存在しない。
【００３８】
波長検出を使用する実施形態によれば、幾つかのシステムは、受け取る光のスペクトル形状を分析する分光器を含む。他のシステムは、受け取った光および／または放射された光に対する同調可能なフィルタ（例えば、ＭＥＭＳファブリ−ペロフィルタ）を含む。処理に利用可能な多数の波長の故に、分光器または同調可能なフィルタを使用することが望ましいが、現在利用可能なシステムは、消費者製品にとって大きすぎ、且つ／或いは高すぎる。代替的に、受け取った光を異なる経路に分割することができ、所要のスペクトル帯域を達成するために帯域フィルタを適用することができる。前述のHanioka方法は、６つの波長を使用し、特に、大きなオフセットがＡＤ変換前に除去されるならば、分割光の実施形態を使用して容易に実施されることができる。除去されないならば、巨大なダイナミックレンジ(dynamic  range)およびアナログデジタル変換器分解能(resolution)が必要とされる。
【００３９】
歯肉炎検出は、ヘモグロビン濃度の変化に基づくので、これらの変化に起因する信号は、他の組織散乱信号（歯肉および歯の硬い組織）および鏡面反射によって引き起こされる大きなオフセット部分に対する小さな変調を含む。オフセット部分は、移動の故にＤＣでない。例えば、非常に小さな角度変化は、大きな鏡面反射成分をもたらし得る。従って、オフセット部分は、ハイパス周波数フィルタリングによって除去されることができない。大きなオフセットの結果として、フロントエンド増幅器およびアナログデジタル（ＡＤ）変換器の分解能のダイナミックレンジの大部分が無駄になる。
【００４０】
上記に基づいて、本開示の特定の実施形態を利用する特定の目標は、信号チェーンの最も早い可能性で無駄な大きなオフセットを除去するＤＲＳフロントエンドを提供することである。
【００４１】
図３および図４を参照すると、１つの実施形態では、組織炎症を検出するためのシステム１００が提供される。システム１００は、増幅および／またはＡＤ変換の前に大きなオフセットを除去するように構成される。システム１００は、光エミッタ（例えば、ファイバ）１０２、光検出器（例えば、ファイバ）１０６、およびコントローラ１３０を含む。ある例示的な実施形態において、光エミッタは、光源１０３、例えば、蛍光体変換白色ＬＥＤのような広帯域光源１０３を含む。光源は、放射された光を歯肉組織１０４に送達するために、光源ファイバに結合される。光検出器（例えば、ファイバ）１０６は、組織１０４からの拡散反射光を捕捉して、この光を送達するように構成される。
【００４２】
ある実施形態において、光エミッタ１０２および光検出器１０６は、３００μｍ〜２０００μｍの間の光源−検出器距離を有する拡散反射分光法（ＤＲＳ）プローブとして具現される。典型的な構成は、１つの検出ファイバの隣の１つのソースファイバ、複数の検出ファイバによって囲まれる１つの中央ソースファイバ、またはソースおよび検出器として同時に機能する単一のファイバを含む。プローブの重要な特性は、ソース(線源)−検出分離である。何故ならば、それはプローブのサンプリング深さ（すなわち、測定された光が組織内のどのくらいの深さに由来するか）に影響を与えるからである。歯肉炎を検出するために、２５０μｍを超える平均拡散反射分光法サンプリング深さが必要とされる。そのような平均を得るために、波長に依存して、約３００μｍの最小光源−検出器距離が必要とされる。
【００４３】
通常、検出器１０６からのＤＲＳ信号は差動信号でないので、追加的な成分が含まれる。ある実施形態によれば、システム１００の検出器１０６は、反射光をスペクトル分析ユニットまたはスプリッタ１０８に送達するように構成される。スプリッタ１０８は、反射光を、各々が異なる波長感受性を有する４つ以上の波長感受性検出器１１０、１１２、１１４、および１１６に亘って分配させるように構成される。スプリッタ１０８は、融合ファイバスプリッタ、分散スプリッタ（例えば、プリズムまたは格子）、光ガイドマニホルド、または任意の適切な代替物であり得る。
【００４４】
各波長感受性検出器１１０、１１２、１１４、および１１６は、フォトダイオードの前に帯域フィルタ（ＢＰＦ）を含む。図４に示すように、検出器１１０は、フォトダイオードＤ１の前に帯域フィルタＢＰＦ１を含む。同様に、検出器１１２は、フォトダイオードＤ２の前に帯域フィルタＢＰＦ２を含み、検出器１１４は、フォトダイオードＤ３の前に帯域フィルタＢＰＦ３を含み、検出器１１６は、フォトダイオードＤ４の前に帯域フィルタＢＰＦ４を含む。フォトダイオードは、有利である。何故ならば、それらは、広範な線形レンジを有し、従って、誤差を導入することなく大きなオフセットを含む信号を処理することができるからである。図４の実施形態は、４つの波長感受性検出器を含むが、他の実施形態は、５つの波長感受性検出器または５つを超える波長感受性検出器を含むことができる。
【００４５】
フォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、およびＤ４は、関連する増幅器が電流差を受け取る、すなわち、それらが遙かに小さい電流を受け取るように、積み重ねられる(積層される)。これは歯肉炎検出のためのより高い改良された信号対雑音比（ＳＮＲ）を生むより大きな増幅を可能にする。
【００４６】
ある実施形態によれば、電流Ｉ１．．Ｉｎは、増加する大きさで配置される。代替的に、電流Ｉ１．．Ｉｎは、減少する大きさで配置される。別の態様によれば、電流は、以下のように、すなわち、Ｉ１＜Ｉ２＞Ｉ３＜Ｉ４＞Ｉ５など（または逆）に配置される。しかしながら、電流は、最大および最小の期待される電流が互いに重なり合うように決して配列されない。ある実施形態によれば、スタックの底は、コントローラ１３０を介して閉ループ内で任意に制御される電流源で終端される。代替的に、底ダイオードは、フォトダイオード間で最低の期待される光電流を生成する。別の実施形態によれば、底ダイオードは、最小化されるべき差分の最大値を最小化するように選択されたレベルで、例えば、平均／中央レベルに近い出力をもたらすことが期待される波長で、光電流を生成する。
【００４７】
ある実施形態に従った図４を参照すると、電流−電圧(current-to-voltage)増幅器に存在する電流差は、公称的に最小であり、且つ／或いはゼロ付近で平衡(バランス)される。別の実施形態によれば、電流差は、単一の供給電子機器の場合、所定のオフセットである。各波長感受性光検出器の出力は、図示のように対応する増幅器に入力される。ある実施形態によれば、増幅器の出力は、ＡＤ変換器（図示せず）に給送され、それらの信号は大きなオフセットも運ばないので、有用な分解能は、遙かに高い。代替的に、ＡＤ変換器は、有利にはより安価であるより低い分解能を有することができる。
【００４８】
ＡＤ変換器の出力は、適当な歯肉炎検出アルゴリズムを有するコントローラまたはアナライザに入力される。ある実施形態によれば、このアルゴリズムは、波長微分（傾き）信号に基づく歯肉炎検出方法を含む。別の態様によれば、このアルゴリズムは、DE  Myers  et  al.,  “Noninvasive  method  for  measuring  local  hemoglobin  oxygen  saturation  in  tissue  using  wide  gap  second  derivative  near-infrared  spectroscopy”,  J.  Biomed.  Opt.,  Vol.  10(3),  (2005)に記載されるような組織酸素化を計算するための導関数方法を含む。Myersでは、６８０、７２０、７６０および８００ｎｍでの単一の深さ減衰測定を用いて、単純な連続波近赤外アルゴリズムを記述する。しかしながら、上述のようなスペクトル検出器の差動電流構成は、微分法によって要求されるのと同じ差を送達する必要はない。例えば、方法が６８０、７２０、７６０および８００ｎｍでの減衰測定を必要とするならば、それは対応する検出器が互いに上に積み重ねられなければならないことに必ずしもならない。底電流は既知であるので、全ての電流、従って、新しい差は、内部的に計算されることができる。これは増幅器に流入する電流が可能な限り小さいように積み重ねシーケンスを選択することができることを意味する。これはより高いダイナミックレンジを可能にする。
【００４９】
図５を参照すると、１つの実施形態では、鏡面成分およびＤＣ成分を直接除去するためのフロントエンドを含む組織炎症を検出するための方法２００のフローチャートがある。換言すれば、鏡面成分およびＤＣ成分は、センサフロントエンド電子機器の前にセンサで除去される。ステップＳ２１０では、組織炎症および特に歯肉炎を検出するためのシステムが提供される。システムは、本明細書に記載する或いは他の方法で想定されるデバイスまたはシステムのいずれかであってよい。例えば、システムは、多くの他のデバイスまたはシステムの中でも、システム１００であってよい。一般的に、システムは、光エミッタ１０２と、４つ以上の波長感受性光検出器１０６と、本明細書に記載の機能を実行するように構成されたコントローラ１３０とを含む。他の多くのコンポーネントおよび構成が可能である。
【００５０】
本方法のステップＳ２２０において、少なくとも１つの光エミッタ１０２は、光を放射し、光のビームは、組織に衝撃を与える。光エミッタによって放射される光は、２つ以上の波長を含むことができる。従って、光エミッタは、１つ以上の光源１０３を含んでよい。光エミッタは、周期的または連続的に光を放射してよく、或いは、トリガに応答してのみ光を放射してよい。例えば、システムは、歯肉組織を検出し、光エミッタ１０２を起動(アクティブ化)させて光を放射する。
【００５１】
本方法のステップＳ２３０において、反射光は、各々が異なる波長感度を有する、４つ以上の波長感受性光検出器１０６に亘って分配される。ある実施形態によれば、システム１００は、反射光を分配するように構成されたスプリッタ１０８を含む。スプリッタ１０８は、融合ファイバスプリッタ、光ガイドマニホルド、または任意の適切な代替物であってよい。各波長感受性光検出器の出力は、対応する増幅器に入力される。
【００５２】
本方法のステップＳ２４０において、増幅器の出力は、ＡＤ変換器に供給される。上述のように、それらの信号も大きなオフセットを運ばないので、有用な分解能は遙かに高い。
【００５３】
本方法のステップＳ２５０において、ＡＤ変換器の出力は、信号を分析するように構成されたプロセッサまたはコントローラ１３０に入力される。ある実施形態によれば、コントローラ１３０は、信号を受信し、信号は、コントローラで、プロセッサ１３２および／または歯肉炎検出ユニット１３６によって分析され、且つ／或いは将来の分析のためにメモリ１３４に格納される。
【００５４】
有利には、本明細書に記載する発明的なシステムおよび方法は、関連する増幅器が可能な限り低い電流差を受け取るように、拡散反射分光法信号を取得した後の最も早い可能性で大きなオフセットを除去する。大きなオフセット部分が増幅および／またはアナログデジタル（ＡＤ）変換の前に除去されるならば、電子機器に対する要求が緩和され、より正確な歯肉炎検出が可能にされる。
【００５５】
本明細書で定義されかつ用いられるとき、全ての定義は、辞書的定義、参照により援用される文書中の定義、および／または定義された用語の通常の意味を支配することが理解されるべきである。
【００５６】
本明細書および特許請求の範囲において用いられるとき、単数形の表現は、逆のことが明瞭に示されない限り、「少なくとも１つ」を意味すると理解されるべきである。
【００５７】
本明細書および特許請求の範囲において用いられるとき、「および／または」という語句は、そのように結合された要素、すなわち、ある場合には結合して存在し、他の場合には非結合的に存在する要素の、「一方または両方」を意味すると理解されるべきである。「および／または」と共に列挙される複数の要素は、同じ様式において、すなわち、そのように結合された要素のうちの「１つ以上」と解釈されるべきである。具体的に識別される要素に関連するかどうかに拘わらず、「および／または」節によって具体的に識別される要素以外の他の要素が任意的に存在してよい。
【００５８】
本明細書および特許請求の範囲において用いられるとき、「または」は、上記で定義されたような「および／または」と同じの意味を有すると理解されるべきである。例えば、リスト中の項目を分離するとき、「または」または「および／または」は、包括的である、すなわち、少なくとも１つの要素を含むが、多数の要素または要素のリストのうちの１つよりも多くの要素も含み、任意的に、追加的な列挙されていない品目を含むと解釈されるべきである。「〜のうちの１つのみ」もしくは「〜のうちの１つのみ」のような逆のことが明らかに示される用語、または請求項において用いられるときの「〜なる」のみが、多数の要素または要素のリストのうちの正確に１つの要素を含むことを示す。一般的に、本明細書において使用されるとき、「または」という用語は、「いずれか」、「〜のうちの１つ」または「〜のうちの正確に１つ」のような排他性の用語によって先行されないとき、排他的代替（すなわち、一方または他方であるが両方でない）を示すものとしてのみ解釈されるべきである。
【００５９】
本明細書および特許請求の範囲において使用されるとき、１つ以上の要素のリストを参照する際の「少なくとも１つ」という語句は、要素のリスト中の要素のうちの任意の１つ以上の要素から選択される少なくとも１つの要素を意味するが、要素のリスト中に具体的に列挙されるありとあらゆる要素の少なくとも１つを必ずしも含まず、要素のリスト中の要素の任意の組み合わせを排除しないと理解されるべきである。この定義は、具体的に特定される要素に関連するかどうかに拘わらず、「少なくとも１つ」という語句が言及する要素のリスト内で具体的に特定された要素以外の要素が任意的に存在することがあることも可能にする。
【００６０】
反対のことが明らかに示されていない限り、１よりも多くのステップまたは行為を含む本明細書で特許請求するいずれの方法においても、本方法のステップまたは行為の順番は、本方法のステップまたは行為が列挙される順番に必ずしも限定されないことも理解されるべきである。
【００６１】
特許請求の範囲において、並びに上述の明細書において、「含む(comprising)」、「含む(including)」、「有する(carrying)」、「有する(having)」、「包含する(containing)」、「包含する(involving)」、「保持する(holding)」、「〜で構成される(composed  of)」、および同等表現のような全ての移行句は、オープンエンドである、すなわち、〜を含むが、〜に限定されないことを意味すると理解されるべきである。「〜なる(consisting  of)」および「本質的に〜なる(consisting  essentially  of」という移行句のみが、それぞれ、閉鎖的または半閉鎖的な移行句である。
【００６２】
幾つかの発明的な実施形態を本明細書に記載し且つ例示したが、当業者は、機能を実行し且つ／或いは結果および／または本明細書で記載する利点のうちの１以上を得るための様々な他の手段および／または構造を容易に考え付き、そのような変形および／または修正の各々が、本明細書で記載する発明的な実施形態の範囲内にあるとみなされる。より一般的には、当業者は、本明細書で記載する全てのパラメータ、寸法、材料、および構成が、例示的であることを意図すること、並びに、実際のパラメータ、寸法、材料、および／または構成が、本発明の教示が用いられる具体的な適用または複数の適用に依存することを容易に認識するであろう。当業者は、本明細書で記載する具体的な発明的な実施形態に対する多くの均等物を、慣用的な実験を超えないものを用いて、認識し或いは確認することができるであろう。従って、前述の実施形態は、ほんの一例として提示されていること、並びに、添付の請求項の範囲およびその均等物内で、発明的な実施形態は、具体的に記載され且つ特許請求されるものとは別に実施されてよいことが理解されるべきである。本開示の発明的な実施形態は、本明細書で記載する各々の個々の構成(特徴)、システム(系)、物品、材料、キットおよび／または方法に向けられている。加えて、２つ以上のそのような構成(特徴)、システム(系)、物品、材料、キットおよび／または方法のいずれの組み合わせも、そのような構成(特徴)、システム(系)、物品、材料、キットおよび／または方法が相互に矛盾しないならば、本開示の発明的な範囲内に含まれる。
【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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【手続補正書】
【提出日】令和3年10月6日(2021.10.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
組織炎症を検出するシステムであって、
ユーザの口内の組織領域で光を放射するように構成される光エミッタと、
前記組織領域を通じて拡散的に反射される光信号を検出するように構成される少なくとも４つの波長感受性光検出器であって、少なくとも４つの波長感受性光検出器の各々は、フィルタと、フォトダイオードとを含み、該フォトダイオードは、前記光信号から望ましくない成分を除去する電流差信号を生成するよう互いに積み重ねられ、前記電流差信号の生成は、増幅の前に前記光信号から望ましくない成分を除去する、少なくとも４つの波長感受性光検出器と、
前記フォトダイオードと対応する増幅器と、
前記対応する増幅器からの出力を受信して、前記組織領域での組織炎症を検出するように構成される、炎症検出ユニットとを含む、
システム。
【請求項２】
検出される前記組織炎症は、歯肉炎である、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記光エミッタおよび前記少なくとも４つの波長感受性光検出器は、３００μｍ〜２０００μｍの間のソース−検出距離を有する拡散反射分光法（ＤＲＳ）プローブにおいて具現される、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記反射される光を前記少なくとも４つの波長感受性光検出器に亘って分散させるように構成されるスプリッタを更に含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記スプリッタは、融合ファイバスプリッタ、分散スプリッタ、または光ガイドマニホルドである、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記光エミッタは、蛍光体変換白色ＬＥＤである、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記少なくとも４つの波長感受性光検出器の各々のための前記フィルタは、帯域フィルタである、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記フォトダイオードのための前記電流差信号は、増大する大きさにある、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記フォトダイオードのための前記電流差信号は、それぞれ、フォトダイオードのための第1、第２、および第３の電流差信号を含み、前記第２の電流差信号は、前記第１および第３の電流差信号よりも大きい、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記積み重ねられるフォトダイオードは、底フォトダイオードを有するスタックを形成し、前記底フォトダイオードは、閉ループにおいて電流源制御されて終端する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記積み重ねられるフォトダイオードは、底フォトダイオードを有するスタックを形成し、前記底フォトダイオードは、最大の電流差信号が最小限に抑えられるレベルで光電流を生成する、請求項１に記載のシステム。
【国際調査報告】
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