(57)【要約】【課題】レーザーを用いる方法等は、簡単かつ明確にう蝕部分を検出できるという特徴を有するが、装置、特に光学系が複雑になる等の問題がある。また、誘起蛍光の測定、評価に関しては、検出する蛍光の波長幅が長く、光の比較評価作業が複雑になり、う蝕部分が小さくなるほど検出が困難になるという問題がある。【解決手段】レーザー光を歯に照射することによって、照射レーザー光とは波長のことなるレーザー光に含まれる微弱光の歯表面からの散乱光またはレーザー光と歯の構成物質と相互作用によりレーザー誘起散乱光を観測して、それら散乱光の歯表面のエナメル質での光吸収の度合いによって生ずる散乱光の強度差を検出することによって歯表面に発生したう蝕部分の検出を可能とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光を歯に照射して、歯表面のエナメル質での光吸収の度合いにより生ずる散乱光の強度差を測定することによって歯表面に発生したう蝕部分の検出を可能とする、レーザー光を用いた歯のう蝕の検出装置。
【請求項２】
上記散乱光は、レーザー光がその発生過程で生ずる波長の違ったそのレーザー光に含まれる微弱なレーザー光成分または指向性をもった光成分が歯表面で散乱されるもの、及びレーザー光が歯表面と相互作用を生じて発生する散乱光からなる請求項１記載のう蝕の検出装置。
【請求項３】
照射したレーザー光によって歯表面から発生する散乱光とは、レーザー誘起蛍光、ラマン散乱光（ストークス及びアンチストークス光含む）、または非線形光学効果によって発生する光を特徴とする請求項１記載のう蝕の検出装置。
【請求項４】
レーザー光と歯の物質との相互作用により発生する散乱光の波長は、ラマン散乱光のストークス光及アンチストークス光のように照射レーザー波長よりも波長が長いか、または波長が短いことを特長とする請求項１記載のう蝕の検出装置。
【請求項５】
レーザー光が歯に照射される場合、歯の象牙質において発生する散乱光及びレーザー光に含まれる微弱なレーザー又は光成分等は、象牙質表面を覆う厚さ１〜３ｍｍのエナメル質層を通過するとき吸収を受け、このとき、歯表面のエナメル質近傍にう蝕が存在すると、エナメル質部分の厚さが少ないため、或いは脱灰のためにこの吸収量は小さくなり、う蝕まわりの歯の健全部分と比較するとう蝕部分からの散乱光強度は健全部分よりも高い値を示し、それらを測定してう蝕部分を検出することを特徴とする請求項１記載のう蝕の検出装置。
【請求項６】
散乱光等の検出方法は、分光器または干渉フィルター等の波長選択素子と結合した二次電子増倍管等を用いてう蝕部分と正常部分からの散乱光強度を比較してう蝕部分を探すもの、またはＣＣＤカメラに代表される二次元イメージセンサーに同様に波長選択素子を結合させ、画面上で散乱光強度の強弱を検出してう蝕部分を検出することを可能とする請求項１記載のう蝕の検出装置。
【請求項７】
レーザー光照射により発生する散乱光の２次元強度分布の強弱から、歯表面のエナメル質の状態、例えば厚み、粗さ、う蝕の有無等を推定することが可能となる請求項１記載のう蝕検出装置。
【請求項８】
照射されるレーザー光は、歯の構成物質と相互作用しレーザー誘起蛍光を発生させるに十分なレーザー光強度、偏光、波長及びパルス時間幅を有することを特徴とする請求項１記載ののう蝕検出装置。
【請求項９】
被検査歯にレーザー光を照射するためのレーザー照射装置及び集光レンズ等の照射機構、歯からの散乱光の取り出し分光機構、並びに光検出器及びオシロスコープ或いは画像表示装置により構成された散乱光強度検出表示機構を備えたレーザー光を用いた歯のう蝕の検出装置であって、レーザー装置から発せられたレーザー光を集光レンズ等を通して歯に照射し、照射された部分からレーザー波長とは異なる波長をもつ散乱光を、波長選択素子等の分光器により振り分け、その強度を光検出器で測定し、その強度差からう蝕部分を特定することからなる、前記検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、歯に形成される虫歯またはう蝕の検出方法に関するものであり、う蝕の早期検出、治療を行う歯科医療分野、または研究分野で利用できる。かつ、即時的にその場でう蝕の進行を観測する必要がある産業、医療分野で利用できる技術である。
【０００２】
【従来の技術】
従来のう蝕の検出方法は、（１）視診によるもの、（２）Ｘ線を用いたものではラジオグラフィーを利用するもの、（３）レーザー光を用いたものではう蝕部分固有の誘起蛍光を利用するもの、（４）コヒーレントトモグラフィーイメージング技術を利用したもの、又は（５）赤外光線を用いたものではう蝕部分特有の水分量の差、バクテリア固有の誘起蛍光の測定、若しくは赤外線を照射してう蝕と健全部分の温度変化の差を利用したもの等がある。これらの技術には、一長一短がある。
【０００３】
まず視診によるものでは、探針とデンタルミラーを用いて歯表面の実質的な欠損を視覚的に検出することから、特に初期う蝕の検出は主観に頼らざるを得ず判定が困難で、比較的小さなう蝕の場合には再現性の良い客観的な評価が困難となる。
【０００４】
Ｘ線を用いる場合は、正確に精度良く画像として検出しようとすると何度もＸ線照射を繰り返して行わなければならないために、Ｘ線の人体への影響が懸念される。また、Ｘ線照射方向がある程度固定されているので、歯の隙間付近とか溝等では死角ができてしまう問題がある。
【０００５】
レーザー光を用いたものでは、歯の組成の変化したう蝕部分から発生する特有の誘起蛍光を利用するもの（例えば、特許文献１及び２参照）は、紫外から可視域（３５０から６００ｎｍ）のレーザー光を照射して健全な歯の部分とう蝕部分から発生する６００ｎｍ以上誘起蛍光の強度の差からう蝕部分を検出するものである。このため長い波長域にわたる蛍光強度の複雑な比較、評価作業が必要となる。
【０００６】
コヒーレントトモグラフィーを利用したもの（例えば、非特許文献１参照．）は、レーザー入射及び光検出の光学系の装置構成が他の方法よりも複雑で操作が難しくなる。
【０００７】
一方、赤外線を利用したもの（例えば、特許文献３及び４参照）は、健全部分に対してう蝕部分特有の水分量の多さを検出するもの、または健全部分とう蝕部分の熱的挙動の差を利用するものがある。これらの方法の精度は、歯個々の表面状態のばらつき等、試験条件、歯の初期状態に大きく左右される。
【０００８】
【特許文献１】
特願平５−５０７５号
【特許文献２】
特願平８−２９６２６２号
【非特許文献１】
Ｔｈｅ  ｊｏｕｒｎａｌ  ＳＰＩＥ，  Ｖｏｌ．  ４６１０，  Ｌａｓｅｒｓ  ｉｎ  Ｄｅｎｔｉｓｔｒｙ  ＶＩＩＩ，  ２００２．  Ｂ．  Ｔ．  Ａｍａｅｃｈｉ，  ｅｔ  ａｌ．，  ”Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｈｅｒｅｎｔ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ  ｆｏ  Ｄｅｎｔａｌ  Ｃａｒｉｅｓ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ａｎａｌｙｓｉｓ”  ．  ｐａｇｅｓ  １００  ｔｏ  １０８
【特許文献３】
特願平７−６１６３９号
【特許文献４】
特願２０００−５７８２８号
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
レーザー光を用いないう蝕の検出方法は、視診の場合には客観的評価が困難であったり、Ｘ線では人体への影響が問題となる。また赤外光を用いる場合は、歯の初期状態や前処理等の成否が問題となる。
【００１０】
一方、上記レーザーを用いる方法等は、これら以外の方法と比較して簡単かつ明確にう蝕部分を検出できるという特徴を有するが、装置、特に光学系が複雑になる等の問題がある。また、誘起蛍光の測定、評価に関しては、検出する蛍光の波長幅が長く、光の比較評価作業が複雑になり、う蝕部分が小さくなるほど検出が困難になるという問題がある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
レーザー光を用いる方法は、他の方法に比して確実にう蝕部分を特定できるという特徴を有するが、複雑な評価比較作業が不可欠という問題がある。この問題を解決するために、レーザー光を歯に照射し、歯から放出される散乱光のエナメル質での吸収の差によって生じる散乱光の強度差を測定することによってう蝕の検出を行う。
【００１２】
この方法を用いれば、これらの散乱光は照射したレーザー波長とは大きく異なる波長をもつため、検出において照射したレーザー散乱光の影響を除外することが可能となる。
【００１３】
散乱光には、レーザー光に含まれる微弱な光が散乱されるものの他に、レーザー誘起蛍光、ラマン散乱光（ストークス及びアンチストークス光含む）、または非線形光学効果によって発生する光がある。レーザー誘起蛍光は、レーザー光を物質に照射したときに物質を構成する原子、分子等がレーザー光によって励起されて発生する物質特有の光である。レーザー光が物質によって散乱されるとき、その散乱光の波長が照射レーザー光の波長より長いものをストークス光、短いものをアンチストークス光という。非線形光学効果によって発生する光は、レーザー光のような強度の高い光を物質に照射すると物質の屈折率がその強度に応じて変化することによってレーザー光及び散乱光の波長を変化させる効果によって発生する光である。
【００１４】
即ち、レーザー光を歯に照射すると、レーザー光と歯の構成物質との間の相互作用を介して例えば（１）式に示すような光強度を有するラマン散乱光等のレーザー誘起蛍光を発生する。
【００１５】
【数１】
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【００１６】
図１に示すように歯表面には健全な場合厚さ約１〜３ｍｍの透明に近いエナメル質が存在し、その内部にほぼ白色の象牙質が存在する。この歯の表面にレーザー光（Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３）が均一に照射されると、レーザー光はほぼ透明のエナメル質をある程度減衰して通過し象牙質に到達する。このとき、到達したレーザー光は、象牙質を構成するハイドロキシアパタイト等の分子と相互作用を発生し、ラマン散乱光等のレーザー誘起光を発生する。このラマン散乱光（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）は入射したレーザー光と波長が異なるが、象牙質表面で散乱されたレーザー光（照射したレーザー散乱光）同様にエナメル質を通過し減衰して歯外部に出射、散乱される。
【００１７】
このとき、う蝕によりエナメル質の厚さが周囲の健全部分よりも薄くなっているときや（Ｒ２、Ｒ３の場合）、エナメル質内部またはエナメル質と象牙質の境界付近に初期う蝕の状態にある脱灰により空隙が増加すると、象牙質表面で相互作用を介して発生して歯外部に出て行くラマン散乱光Ｒ３のエナメル質での減衰はエナメル質が健全な場合よりも小さくなる。
【００１８】
従って、う蝕の部分から観測される散乱光の強度は、健全なう蝕のない歯表面からの強い散乱光よりも強くなる（Ｒ１＜Ｒ２＜Ｒ３の関係になる）。このようにレーザー光によって誘起される光、例えばラマン散乱光の強弱を探知することによってはエナメル質部分のう蝕の存在を特定することができる。
【００１９】
さらに、レーザー光発生の過程でレーザーとは波長の異なるレーザー光自身の中に含まれる微弱なレーザー光や指向性をもつ光がレーザー光の入射と同時に均一に歯表面に入射（Ｉ１＝Ｉ２＝Ｉ３）されると、やはり入射散乱の過程でエナメル質の吸収を受けて歯の外部に散乱光として排出される。このとき、レーザー光に含まれる微弱な光はレーザー光強度に比べて極めて小さい強度のためエナメル質の吸収の効果が現れやすくなり、前記レーザー光によって誘起される光と同様にエナメル質の厚み（う蝕の有無）によって散乱光に強度差を生じる。これによってう蝕を検出することが可能となる。
【００２０】
その基本的な検出手順は、図２に示されるように、（１）Ｎｄ：ＹＡＧレーザー装置で発生したレーザー光は、（２）集光レンズ及び（３）ピンホールを通して（４）歯サンプルに照射される。照射された箇所からレーザー誘起蛍光またはレーザー光自身に含まれる微弱光による散乱光が発生する。その散乱光等を（５）レンズまたは光ファイバーを通して波長選択素子である（６）分光器等に導き、波長分解して特定の波長の光強度を光検出器である（７）二次電子増倍管等で電気信号に変換し、オシロスコープ等の表示装置を用いて単一の信号または画像信号として観測するものである。試験では、う蝕部分とその周りの健全部分をレーザー光を照射してその強度を比較する。
【００２１】
上記検出手順が行われた結果、歯表面からのレーザー光の散乱光強度が図４に示される。この図に表示されている波長の光強度は、レーザー光及びそれ自身に含まれていた微弱な光成分が歯の健全部分及びう蝕部分に照射され、散乱された光のものである。健全部分及びう蝕部分からの照射したレーザーの散乱光以外の散乱光強度を比較すると、う蝕部分からのものが高い値を示した。この散乱光の強度差を調べることによりう蝕歯のう蝕部分を特定できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
レーザー光を歯に照射するとレーザー光と歯の構成物質との間の相互作用を介してレーザー誘起光、例えば（１）式に示すような光強度を有するラマン散乱光を発生する。図１に示すように歯表面には健全な場合厚さ約１〜３ｍｍの透明に近いエナメル質が存在し、その内部にほぼ白色の象牙質が存在する。この歯の表面にレーザー光（Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３）が照射されるとレーザー光は、ほぼ透明のエナメル質をある程度減衰して通過し象牙質に到達する。このとき、到達したレーザー光は、象牙質を構成するハイドロキシアパタイト等の分子と相互作用を発生し、ラマン散乱光を発生する。このラマン散乱光（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）は照射したレーザー光と波長が異なるが、象牙質表面で散乱された照射したレーザー光同様に再びエナメル質を通過し減衰して歯外部に出射、散乱される。
【００２３】
このとき、う蝕によりエナメル質の厚さが周囲の健全部分よりも薄くなっているときや（Ｒ２、Ｒ３の場合）、エナメル質内部またはエナメル質と象牙質の境界付近に初期う蝕の状態にある脱灰により空隙が増加すると、象牙質表面で発生して歯外部に出て行くラマン散乱光Ｒ３のエナメル質での減衰がエナメル質が健全な場合よりも小さくなり（Ｒ１＜Ｒ２＜Ｒ３の関係になる）、観測されるラマン散乱光の強度が、健全なう蝕のない歯表面からの散乱光よりも強い散乱光が観測される。このラマン散乱光の強弱を探知することによってはエナメル質部分のう蝕の存在を特定することができる。
【００２４】
また、レーザー光には、レーザー光発生の過程でレーザーとは波長の異なる微弱なレーザー光や指向性をもつ光（レーザー光の進行方向と同じ方向に進行する強い光）が含まれる。これも、同様に歯に照射され歯外部に散乱光として出る過程で、エナメル質の吸収を受ける。この微弱な光はレーザー光強度に比べて極めて小さい強度のためエナメル質の吸収の効果が現れやすくなる。この光がレーザー光の入射と同時に均一に歯表面に入射（Ｉ１＝Ｉ２＝Ｉ３）されると、エナメル質の吸収を受けて象牙質で反射され歯の外部に散乱光として排出され、レーザー誘起の光と同様にエナメル質の厚み（う蝕の有無）によって散乱光に強度差を生じる。この光の散乱光強度を調べることによってもう蝕を検出することが可能となる。
【００２５】
【実施例】
図２に実施例の実験装置配置図を示す。試験装置は、主に（１）パルスレーザー装置、（２），  （５）光学集光レンズ、（３）ピンホール（直径〜０．６ｍｍφ）、（４）人の歯サンプル、（６）波長選択素子（分光器）、（７）光検出器（二次電子増倍管、ＣＣＤカメラ）及び（８）オシロスコープ等から構成される。本実施例では（１）パルスレーザー装置にＮｄ：ＹＡＧレーザー（２倍波：波長５３２ｎｍ、及び２６６ｎｍ、パルス幅：約２０ｎｓ（ｎｓ：２ｘ１０−８秒））を、（７）光検出器に二次電子増倍管を使用した。  （４）歯のサンプルは、図３に示すように歯の中央（丸印）に直径約２〜３ｍｍのう蝕が存在するものを使用した。
【００２６】
試験の手順を以下に示す。（１）パルスレーザー装置から発せられたパルスレーザー光は、  （３）集光レンズ、（４）スリットを通して歯に直径約０．６ｍｍのレーザー口径で照射される。照射された部分からは、照射したレーザー光と歯の構成物質との相互作用により生じる照射レーザー波長とは異なる波長をもつ、強い散乱光（誘起蛍光等を含む）及びレーザー光に含まれる微弱光成分が、照射レーザー光と同時に歯表面で散乱、放出される。この散乱光はレンズまたは光ファイバー等を通して（６）分光器に導いて波長によって振り分けられ、その強度が計測される。（６）分光器の（７）検出器には、二次電子増倍管が装備され、散乱光の強度は電気信号に変換されて（９）オシロスコープ上で観測される。
【００２７】
（実施例１）
図４には、歯のう蝕部分とその周りの健全部分に同じ出力のパルスレーザー光（５３２ｎｍ）を照射したときに３００￣１２００ｎｍの波長域に観測される図５のような波長幅が狭く（ほぼ単一スペクトル、レーザー光のスペクトル幅と同程度）、かつ比較的強度の高いパルス散乱光の強度の比較を示す。これらの散乱光は、レーザー光及びレーザー光自身に含まれる微弱光が歯表面に入射され、吸収を受けて散乱された光である。また、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの２倍波である５３２ｎｍのパルスレーザー光の中にＮｄ：ＹＡＧレーザーの基本波である１０６４ｎｍのレーザー光が数％程度含まれているために１０６４ｎｍ近傍（それより波長の長い、または短い近傍にも）にも同様にパルス散乱光が計測された。
【００２８】
図４には、比較的光強度の高い波長の散乱光を示したが、この他に４００ｎｍから９００ｎｍにわたって強度の低い散乱光が１０数本観測された。さらに、  図４より、照射レーザー光（５３２ｎｍ、１０６４ｎｍ）以外の散乱光強度は、照射レーザー光よりも強度が著しく低いために吸収の効果を受けやすく、全体的にう蝕部分と正常部分の強度差がより顕著に観測され、う蝕部分からの散乱光強度は、１．３から２倍程度の高い値を示した。
【００２９】
また、図４にはその強度を表示していないが、レーザー誘起蛍光の散乱光である中心波長約６８０ｎｍ付近に観測された非常にブロードなスペクトルを図６に示す。このレーザー誘起蛍光と推定される６５０から７００ｎｍ付近でのブロードな散乱光でも図４の散乱光と同様の強度差を得ることができた。さらに、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの４倍波である波長２６６ｎｍのパルスレーザー光を用いたところ、図７に示すような照射レーザースペクトルの長波長側に象牙質のコラーゲンからの誘起蛍光と推定されるブロードな散乱スペクトルが観測された。この散乱光においてもう蝕部分の散乱光強度は正常部分よりも数十％高い値を示した。
【００３０】
これらのレーザー誘起蛍光及びレーザー光に含まれる微弱光からなる散乱光は、長い波長範囲にわたっていること、及びレーザー波長よりかなり離れているので光学的な分離が容易となって観測しやすくなるため、分光器を使用しなくてもこれら散乱光のどれか一つの波長に同調した干渉フィルター等の透過フィルターを用いれば、簡単にう蝕の場所を特定することができる。さらに、長い波長範囲にわたり多くの散乱光波長で簡単に比較することができるため、う蝕部分検出の確実性、信頼性が高まる。またＣＣＤ（光情報を電気信号に変換する半導体素子）等の２次元素子を検出器に用いて観測すれば、簡単にう蝕場所をより鮮明に画像で特定することが可能となる。即ち、ＣＣＤでとらえた光の２次元強度分布の強弱から歯表面の状態を推定することができる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明により、従来の方法に比して簡易的かつ安価に歯のう蝕部分を散乱光強度の差を利用してその場で計測することができる。主として散乱光強度を比較するため検出が容易で、かつ比較作業が簡単になり、従来の方法で必要とされるスペクトル幅が通常長い蛍光強度の複雑な比較評価作業を省略することができ、う蝕歯の検査作業の迅速化、効率化に効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を説明する図である。
【図２】本発明の一実施例の装置を示す図である。
【符号の説明】
（１）Ｎｄ：ＹＡＧレーザー装置、（２）集光レンズ、（３）ピンホール（０．６ｍｍφ）、（４）歯サンプル及び固定台、（５）集光レンズ、（６）分光器、（７）二次電子増倍管、（８）オシロスコープ
【図３】実施例に用いたう蝕部分が存在する人のサンプル歯を示す図である。
【図４】本発明の実施による検出結果を示す図である。
【図５】歯からの散乱光から観測されたスペクトル幅の短い散乱光スペクトル（波長４１２ｎｍ近傍）の代表例を示す図である。
【図６】歯からの散乱光から観測されたスペクトル幅の広いブロードな散乱光スペクトル（中心波長６８０ｎｍ近傍）の代表例を示す図である。
【図７】波長２６６ｎｍのレーザー光照射時に観測されたスペクトル幅の広いブロードな散乱光スペクトル（中心波長２８５ｎｍ近傍）の代表例を示す図である。
【図１】
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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】
2004163131.tif 000009
【図７】
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