(57)【要約】本発明は、口内の歯のような物体のイメージを記録して処理する方法に関する。前記方法は、物体16を照明する紫外線光源14と、周辺光および紫外線光によって照明された物体16のビデオイメージを撮影するマトリックスビデオカメラ10,12と、および情報を制御して処理する手段22とを使用する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外線光で物体(16)を照明し、ビデオ手段(10,12)を使用してその物体の照明された部分のイメージを撮影し、高エネルギおよび低エネルギのそれぞれにおける２つの波長帯域でその物体により放射されたルミネセンスのスペクトル強度を前記イメージの各地点において測定し、前記物体の前記イメージの各地点における前記測定の値の比をとり、前記比を予め定められた値と比較するステップを含んでいる、口内の歯のような物体のイメージを捕捉して処理する方法において、
・周辺光により照明された物体(16)の前記部分の少なくとも１つのカラービデオイメージを撮影し、
・紫外線で照明されているのに応答して物体(16)の前記部分によって生成されたルミネセンスの少なくとも１つのカラービデオイメージを撮影し、
・純粋なイメージを得るためにルミネセンスイメージの各地点において周辺光ビデオイメージをルミネセンスビデオイメージから減算し、
・純粋なイメージのスペクトル成分を前記高エネルギおよび低エネルギ波長帯域において抽出し、
・イメージの各地点において前記成分の比をとり、前記比を予め定められた値と比較するステップを含んでいることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記比が前記予め定められた値より小さい（あるいは大きい）イメージ地点から形成された結果をスクリーン上に表示するステップを含んでいることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
周辺光で照明された物体の部分の前記カラービデオイメージと同時に、あるいは可視光で照明された物体の前記部分のビデオイメージと同時に前記結果を表示するステップを含んでいることを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】
周辺光または可視光での物体のビデオイメージ上に重ねられた偽カラーで前記結果を表示するステップを含んでいることを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】
赤緑青型マトリックスビデオカメラによって物体のイメージを撮影し、前記イメージの赤色および青色成分を使用して前記比を計算することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
周辺光および紫外線光で照明された物体の部分の複数のビデオイメージを撮影し、前記イメージの平均を計算し、その後前記平均を使用して前記比を計算することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
物体(16)を照明する紫外線光源(14)と、物体の照明された部分のイメージを撮影するビデオ手段(10,12)と、およびビデオ手段から出力信号を受取るデータプロセッサ手段(22)と備えている請求項１乃至６のいずれか１項記載の方法を行うための装置において、
前記ビデオ手段はカラービデオカメラ(10,12)を備えており、前記データプロセッサ手段は、周辺光で照明された物体の部分のイメージを紫外線光で照明された物体の部分のイメージから地点単位で減算して純粋なイメージを獲得し、高および低エネルギのそれぞれでの２つの波長帯域における成分を前記純粋なイメージから抽出し、これら２つの成分の比を地点単位でとり、それらを予め定められた値と比較するように構成されていることを特徴とする装置。
【請求項８】
前記比が予め定められた値より小さい（あるいは大きい）イメージ地点により形成された結果を表示する手段(24)を備えていることを特徴とする請求項７記載の装置。
【請求項９】
物体の前記部分の周辺光イメージまたは可視光イメージと、予め定められた値より小さい（あるいは大きいそれぞれの）比を有するイメージの地点により形成された結果とを表示する手段(24)を備えていることを特徴とする請求項７または８記載の装置。
【請求項１０】
カラービデオカメラ(10,12)はＣＣＤ、ＣＭＯＳまたはフォトダイオードマトリックスカメラあるいはカラービジコンであることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１記載の装置。
【請求項１１】
紫外線光源(14)は、約３００ｎｍ乃至約３７０ｎｍの範囲に位置する波長帯域の光を放射するＬＥＤであることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１記載の装置。
【請求項１２】
紫外線光源(14)と、イメージ形成レンズ(12)を備えたカラービデオカメラとは共に小さい寸法のハウジング(18)中に収容されており、フレキシブルなケーブル(20)によりデータプロセッサ手段(22)に接続されていることを特徴とする請求項７乃至１１のいずれか１記載の装置。
【請求項１３】
ハウジング(18)はまた、物体を照明する可視光源(28)を備えていることを特徴とする請求項７乃至１２のいずれか１記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紫外線光で照明されている口内の歯のような物体のイメージを捕捉して処理するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
国際特許出願第 WO-A-02/096281号明細書には、虫歯を早期に発見する方法が開示されており、この方法は、約３００ナノメートル（ｎｍ）乃至約３７０ｎｍの範囲の波長を有する紫外線光で口内の歯を照明してその歯のミネラル部分による蛍光の放射を励起し、その歯のビデオイメージを高エネルギ帯域および低エネルギ帯域のそれぞれでの放射スペクトルにおける２つの波長帯域でとり、これら２つの帯域において放射された蛍光のスペクトル強度を歯のイメージの各地点で測定し、２つの帯域においてイメージの各地点で測定された強度の比をとり、これらの比を予め定められた値と比較するステップを含んでいる。
【０００３】
励起波長と約６００ｎｍとの間に位置する波長において測定された強度と約５５０ｎｍと約８００ｎｍとの間に位置する波長帯域において測定された強度の比は、それが、予め定められた値より小さいときに虫歯の存在を示し、この予め定められた値は、前記２つの波長帯域でイメージを撮影するために使用されたビデオ手段の光検出器の感度に依存している。
【０００４】
この方法を行うために使用される装置は、紫外線光および可視光の連続したパルスによって歯を照明するためのレーザおよびフィルタを備えており、また、イメージを撮影するための手段は、一方が高エネルギ波長帯域における信号を伝送し、他方が低エネルギ波長帯域における信号を伝送する２つのフィルタを有しているスペクトルフィルタ装置と、可視光で照明されたときに高エネルギ帯域で伝送された信号、低エネルギ帯域で伝送された信号および歯のイメージに対応した信号を連続して受取るビデオカメラとを備えている。データプロセッサ手段は、カメラからの出力信号に基づいて上述の比を歯のイメージの各地点で計算し、歯の蛍光のイメージおよび歯の可視光イメージをスクリーン上に表示し、それによってその歯のイメージ中に存在する可能性のある虫歯の位置が正確につきとめられることを可能にする。
【０００５】
この既知の装置は満足できるように動作するが、しかし比較的高価である。それはまた比較的遅い。これは、歯の蛍光のイメージを２つの波長帯域で捕捉すると共に歯のイメージを可視光中で捕捉するためにカメラの前面にフィルタを連続的に差し入れる必要があるためである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の特定の目的は、これらの欠点を軽減することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、とくに虫歯の早期発見に適応可能であり、さらに一般的には、任意の種類の物体の光学的にアクセス可能な表面および本体の特性の損傷および変化の検出に適用できる上述のタイプの方法および装置を提供し、この方法および装置は、簡単で廉価な機器およびコンポーネントを使用する。
【０００８】
本発明はまた、検査中の物体のイメージがさらに迅速かつ正確に捕捉されて処理されることを可能にする上述のタイプの方法および装置を提供する。
【０００９】
したがって、本発明は、紫外線光で物体を照明し、ビデオ手段を使用してその物体の照明された部分のイメージを撮影し、高エネルギおよび低エネルギのそれぞれにおける２つの波長帯域でその物体により放射されたルミネセンスのスペクトル強度を前記イメージの各地点において測定し、前記物体の前記イメージの各地点における前記測定の値の比をとり、前記比を予め定められた値と比較するステップを含んでおり、たとえば口内の歯のような物体のイメージを捕捉して処理する方法を提供し、この方法は、
・周辺光により照明された物体の前記部分の少なくとも１つのカラービデオイメージを撮影し、
・紫外線で照明されているのに応答して物体の前記部分によって生成されたルミネセンスの少なくとも１つのカラービデオイメージを撮影し、
・純粋なイメージを得るためにルミネセンスイメージの各地点において周辺光ビデオイメージをルミネセンスビデオイメージから減算し、
・純粋なイメージのスペクトル成分を前記高エネルギおよび低エネルギ波長帯域で抽出し、
・イメージの各地点において前記成分の比をとり、前記比を予め定められた値と比較するステップを含んでいることを特徴とする。
【００１０】
したがって、本発明の方法においは、カラービデオカメラを使用して上述された比を計算するために必要とされる情報を獲得できるようにするために、物体を周辺光で照明し、物体を紫外線光で照明するだけで十分であり、したがって、もはやビデオカメラの前面においてスイッチされるフィルタを使用する必要はない。何故ならそれは、高エネルギおよび低エネルギ波長帯域におけるビデオイメージの成分を直接使用できるためである。
【００１１】
本発明の方法には、物体のイメージを撮影するために赤緑青型のビデオカメラを使用し、上述した比を計算するためにビデオイメージから赤色および青色成分を抽出するという利点がある。
【００１２】
本発明はまたこの方法を行うための装置を提供し、この装置は、物体を照明する紫外線光源と、物体の照明された部分のイメージを撮影するビデオ手段と、およびビデオ手段から出力信号を受取るデータプロセッサ手段と備えており、この装置は、ビデオ手段がカラービデオカメラを含んでおり、データプロセッサ手段が、周辺光で照明された物体の部分のイメージを紫外線光で照明された物体の部分のイメージから地点ごとに減算して純粋なイメージを獲得し、高および低エネルギのそれぞれにおける２つの波長帯域における成分を前記純粋なイメージから抽出し、これら２つの成分の比を地点ごとにとり、それらを予め定められた値と比較するように設計されていることを特徴とする。
【００１３】
使用されるカラービデオカメラは、その値段が比較的非常に安い（典型的に１００ユーロ未満）“ウェブカム（ｗｅｂｃａｍ）”型の電荷結合素子（ＣＣＤ）マトリックスカメラである。
【００１４】
本発明の別の特徴によると、装置は、比が予め定められた値より小さい（あるいはそれぞれ大きい）イメージの地点により形成された結果を表示する手段を備えている。
【００１５】
装置により使用される紫外線光源は、たとえば、約３７０ｎｍを中心とする狭帯域の波長において紫外線を放射する発光ダイオード（ＬＥＤ）であることが好ましい。
【００１６】
これらの手段を備えた装置の値段は非常に安いが、それにもかかわらず、その信頼性と正確さは驚くほど高い。
【００１７】
本発明の好ましい実施形態において、紫外線光源とイメージ形成対物レンズを備えたカラービデオカメラとは共に小さい寸法のハウジング中に収容されており、また、それらはフレキシブルなケーブルによりデータプロセッサ手段に接続されている。
【００１８】
ハウジングは内視鏡のように操作され、口内の歯のイメージを撮影し易くする。  
必要ならば、それはまた、周辺光が不十分であるとき、またはカメラの光検出器の感度が比較的低いときに物体を照明する可視光源を備えることができる。
【００１９】
一般的には、本発明は、腫瘍学、生物学、地質学、生態学、工業検査等のような任意の種々の分野の任意の種類の物体の光学的にアクセス可能な表面、中間面および体積の特性の損傷および変化の検出に適用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下の例示による詳細な説明および添付図面を参照することにより、本発明がさらによく理解され、その他の特徴、詳細および利点がさらに明らかにされることができる。  
図１に概略的に示されているように、本発明の装置は本質的に、フォトダイオードまたはＣＣＤ光検出器のような光検出器のマトリックス10と、対物レンズ12とによって構成されたカラービデオイメージを撮影する手段とを備えており、対物レンズ12は、このレンズ12の前面に位置された、たとえば口内の歯のような、物体16を照明する紫外線の光源14と共に光検出器のマトリックス10上に１つのイメージを形成する。
【００２１】
本発明の好ましい実施形態において、光検出器のマトリックス10およびレンズ12は、比較的非常に安い価格で市場で入手可能であるような、たとえば、３２０画素×２４０画素のマトリックスを含み、その寸法が１／４インチ（対角線が４ｍｍ）であり、焦点距離が５ｍｍのレンズを有する“ウェブカム”型のカラービデオカメラの部品である。
【００２２】
紫外線光源は約３７０ｎｍを中心とする狭帯域の波長において放射する発光ダイオード（ＬＥＤ）であることが有利である。
【００２３】
カメラ10、12および紫外線光源14はハウジング18の内部に取付けられており、このハウジング18はその寸法が小さく、たとえば円筒形であり、たとえば、片手で操縦し易い内視鏡タイプであるか、あるいは蝶番式に取付けられたサスペンションまたは支持アーム上に操縦できるように取付けられた別の形態である。
【００２４】
フレキシブルなケーブル20はハウジング18中に収容されたコンポーネント10、14を制御装置22に接続し、この制御装置22は、本発明の装置に給電する手段と共にデータ処理手段、表示スクリーン24および制御キーパッド26を備えている。
【００２５】
白色光であることが好ましい可視光で物体16を照明する任意の適切なタイプの光源28もまたハウジング18内に収容されていてもよい。
【００２６】
装置は以下のように使用される：ハウジング18は、物体16が紫外線でおよび、おそらく、可視光でも照明されることを可能にすると共にその物体の鮮鋭なイメージをカメラ内の光検出器のマトリックス10上に形成するように、前記物体16に関して適切に配置される。
【００２７】
本発明の方法の第１のステップは、必要ならば、光源28によって可視光で物体16を照明し(30)、物体16のカラーまたはグレースケールのビデオイメージを撮影し(32)、前記イメージは可視光における基準イメージＲＩＶＬであり、前記イメージを装置22のメモリ中に記録し(34)、可視光源28をオフに切替えるステップを含んでいる。
【００２８】
この方法の次のステップは、背景雑音イメージＢＮＩを得るために周辺光で照明された物体16のカラーイメージを撮影し(36)、前記イメージを装置22のメモリ中に記録する(38)ステップを含んでいる。
【００２９】
この方法の次のステップは、光源14によって紫外線光で物体16を照明し(40)、物体16のカラービデオイメージを撮影し(42)、前記イメージは未処理ルミネセンスイメージＲＬＩであり、前記イメージを装置22のメモリ中に記録し(44)、紫外線光源14をオフに切替えるステップを含んでいる。
【００３０】
紫外線での物体16の照明は、ＣＣＤカメラ露出時間に対応した期間のパルスの形態で行われ、各パルスが歯のミネラル部分に蛍光を発生させ、照明パルスは、空きフレームを獲得するシーケンスに適合された時間インターバルによって互いに分離されている。
【００３１】
正確さを改善し、雑音を減少させるために、可視光における基準イメージＲＩＶＬ、背景雑音イメージＢＮＩおよび未処理ルミネセンスイメージＲＬＩに対応した複数のビデオフレームを累算し、その後、それらを平均することができ、累算されたフレームの数は各タイプのイメージに対して同じである。
【００３２】
この方法の次のステップは、
・ステップ46において、純粋なルミネセンスイメージＬＩを得るために未処理ルミネセンスイメージＲＬＩから周辺光イメージＢＮＩを地点単位で（画素単位で、あるいは画素グループ単位で）減算し、
・ステップ48において、純粋なルミネセンスイメージＬＩから赤色成分ＬＩｒおよび青色成分ＬＩｂを抽出し、
・ステップ50において、ＬＩｂ／ＬＩｒ（またはＬＩｒ／ＬＩｂ）の比を地点単位で計算し、
・ステップ52において、これらの比を予め定められた値と比較し、
・ステップ54において、上述したＬＩｂ／ＬＩｒの比が予め定められた値より小さい（あるいは、ＬＩｒ／ＬＩｂの比が予め定められた値より大きい）地点によって構成されている虫歯イメージＣＩを表示するステップを含んでいる。
【００３３】
スクリーン24は、可視光または周辺光で照明されたときの歯のイメージと同時に虫歯イメージＣＩを偽カラーで表示するという利点がある。これによって、検査されている歯のどのゾーンに虫歯があるかを正確に識別することが容易になる。
【００３４】
その後、制御装置は獲得および測定サイクルを始めから、すなわち、ステップ30から再開する。
【００３５】
周辺光での物体のビデオイメージだけでは不十分である場合には、検査されている物体を可視光で照明することが有効である。
【００３６】
ほとんどの状況において、ビデオカメラの光検出器の感度のために、光源28による可視光で物体を照明することが省略されることが可能となる。
【００３７】
図３は、可視光で照明された歯のイメージＲＩＶＬまたは周辺光で照明された歯のイメージＢＮＩ上におそらく重ねられる、たとえば赤色または青色等の、偽カラーで表示された虫歯イメージＣＩの概略図であり、横座標がカメラ光検出器のマトリックス中の水平行の画素数を表し、縦座標が前記マトリックスの光検出器の垂直列の画素数を表している。
【００３８】
図４は、図３のメージ中の２つの測定ラインＬ１およびＬ２に当てはまり、上述した水平行に沿った画素数の関数としてＬＩｂ／ＬＩｒの比の変化を示している。
【００３９】
２．５に近いこの比の値は健康なエナメルに相当し、一方２より小さい値は虫歯に相当する。
【００４０】
説明および図示されている本発明の装置に対して、添付されている特許請求の範囲に記載されている本発明の技術的範囲を逸脱することなく、ある数の変形が適用されることができる。
【００４１】
たとえば、本発明の装置のビデオセンサ10はＣＣＤ型マトリックスセンサまたはフォトダイオードマトリックスセンサであることができ、あるいはＣＭＯＳ型マトリックスセンサであることができ、あるいは実際にカラービジコンであることができ、あるいはカラーイメージまたはカラービデオシーケンスを獲得する任意の他のマトリックス装置であることができる。
【００４２】
イメージをビデオセンサ上に形成する手段は、１以上の対物レンズ、ミラー、光ファイバイメージガイド等によって構成されてよく、一般的には、物体16のイメージをビデオセンサ10上に形成されることを可能にする任意の手段によって構成されることができる。
【００４３】
紫外線光で照明するための光源14は、ほぼ３００ｎｍ乃至３７０ｎｍの波長帯域の紫外線光を生じさせる上述したＬＥＤ、ある別の半導体素子、熱源、電気放電ランプ、レーザ等であってもよく、このような波長帯域の紫外線は歯16のミネラル部分においてルミネセンスを励起するように作用する。
【００４４】
この光源によって放射された光は、単色性、コヒーレンスまたは偏光状態に関する基準に従う必要がない。当然ながら、光源は、放射された光ビームのパワーのコリメート、伝送および、または減衰を行う光学手段と関連していてもよい。
【００４５】
同様に、可視光源28は、ＬＥＤ、ある別の半導体素子、熱源、電気放電ランプ、レーザ等であってもよく、一般的には、可視光が発生されることを可能にする任意の手段であることができ、物体16を照明する白色光であることが好ましい。
【００４６】
光源28は、放射された光ビームのパワーのコリメート、伝送および、または減衰を行う手段と関連していてもよい。
【００４７】
光源14および28は点光源または拡大された光源であってよく、それらは単一または複数であってよく、また、それらはハウジング18の一端部上において組立てられてもよいし、あるいはそれらはその端部から離されており、光がたとえば光ファイバによって伝送されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の装置の概略図。
【図２】本発明の方法における主要なステップのフローチャート。
【図３】口内の歯の蛍光のイメージを示す概略図。
【図４】図３のメージ中の２つのラインに沿った高エネルギおよび低エネルギスペクトル帯域におけるルミネセンス比の変化を示すグラフ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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