(57)【要約】  本発明は、歯（Ｔ）の歯垢（Ｐ）の検出のための装置（１００）に関する。好適な実施形態によれば、光（Ｉｉｎ）が歯（Ｔ）に向かって放射され、歯（Ｔ）及び歯（Ｔ）に存在し得る歯垢（Ｐ）の表面から散乱されるその一部が光受光要素（１２１）によって再収集される。受光された光（Ｉｓｃ）は、光（Ｉｓｃ）の少なくとも１つの特性を示す検出信号（ｘ）を生成するために光検出器（１２０）に提供され、この光はその後少なくとも１つの散乱関連量を決定することによって歯垢（Ｐ）の存在に関して評価される。量は、立ち江波、受光した光（Ｉｓｃ）のスペクトルから計算されることになる比若しくは係数、又はスペックルパターンの時間的推移位であり得る。
2016538903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
歯垢検出のための装置であって：
−  歯の方向に光を放射し、それによって前記歯を照らす、光放射手段；
−  照らされた前記歯から散乱される光を受光する、光受光手段；
−  前記光受光手段によって受光した光を検出し、検出光の少なくとも１つの特性を示す検出信号を生成する、光検出手段；及び
−  前記検出信号に基づいて前記検出光の少なくとも１つの散乱関連量を決定し、前記少なくとも１つの散乱関連量を評価することによって前記歯垢が前記歯に存在するかどうかを評価する、処理手段；を有する、
装置。
【請求項２】
前記装置のユーザに、前記歯の前記歯垢の存在に関する情報を提供する、指示手段をさらに有する、
請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記処理手段は、前記少なくとも１つの散乱関連量の実際値を前記散乱関連量の基準値と比較するように適合される、
請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記処理手段は、前記少なくとも１つの散乱関連量の時間的推移を評価するように適合される、
請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記光受光手段は、前記光放射手段から２つの異なる距離で、前記照らされた歯から散乱される光を受光するように適合される、
請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記処理手段は、前記２つの異なる距離で前記検出される光の強度の比Ｒを決定するように適合され、特に前記比Ｒは、
式４
2016538903.tif 000007
として定義され、ここでＩｌｄ（λ）は、前記光放射手段から比較的長い距離で検出される波長λにおける前記光の強度を示し、Ｉｓｄ（λ）は、前記光放射手段から比較的短い距離で検出される同じ波長λにおける前記光の強度を示す、
請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記処理手段は、前記比Ｒの値を、前記歯に前記歯垢の無いことに関連付けられる前記比Ｒの所定値と比較するように、及び前記比Ｒの値が、前記所定値に対して減少していることが見出される場合に前記歯垢が存在することが決定されるように、適合される、
請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記光放射手段は、波長のスペクトルで前記光を放射するように適合され、前記処理手段は、前記光の前記波長λの関数として前記検出光の減少した散乱係数μ’Ｓ（λ）を決定するように適合され、特に前記減少した散乱係数は、
式５
2016538903.tif 000008
として定義され、ここでλ０は波長正規化値であり、αはλ０における前記減少した散乱振幅を示し、ｂはミー散乱勾配を示し、ρは、ミーからトータルへの減少した散乱部分を示す、
請求項１に記載の装置。
【請求項９】
処理手段は、前記減少した散乱係数μ’Ｓ（λ）の値を、前記歯に前記歯垢の無いことに関連付けられる前記減少した散乱係数μ’Ｓ（λ）の所定値と比較するように、及び前記減少した散乱係数μ’Ｓ（λ）の前記値が前記所定値より高いことが見出される場合に前記歯垢が存在することが決定されるように、適合される、
請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記光放射手段は、波長のスペクトルで前記光を放射するように適合され、
前記処理手段は、異なる２つの波長で前記受光した光の強度の比Ｓを決定するように適合され、特に前記比Ｓは、
式６
2016538903.tif 000009
として定義され、ここでＩは正規化された強度を示し、λ１は第１の波長を示し、λ２は第２の波長を示す、
請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
第２の波長は第１の波長より大きい、
請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記２つの異なる波長の値は、前記歯垢が歯に存在するときに負の値の前記比Ｓを有し且つ前記歯垢が無いときに正の値の前記比Ｓを有するように、選ばれる、
請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
前記光検出手段は、２つの異なる場合における前記歯の表面でのスペックルパターンを撮像するように適合され、前記処理手段は、２つの異なる前記スペックルパターンの相関Ｃ（ｔ）を決定するように適合される、
請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記２つの異なるスペックルパターンの前記相関Ｃ（ｔ）は、
式７
2016538903.tif 000010
として計算され、ここで、ｘ、ｙは関心領域のピクセルを示し、Ｉ（ｘ、ｙ、０）は、基準画像である、時間０における前記関心領域の測定された強度画像を示し、Ｉ（ｘ、ｙ、ｔ）は時間ｔ＞０における前記関心領域の測定された強度画像を示し、Ｉ（ｘ、ｙ、０＋δ）は、前記基準画像の直後に取られた前記関心領域の測定された強度画像を示し、上のバーは、前記画像の空間平均値を示す、
請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記処理手段は、前記相関Ｃ（ｔ）の値を前記歯に前記歯垢の無いことに関連付けられる前記相関Ｃ（ｔ）の所定値と比較するように、及び前記相関Ｃ（ｔ）の前記値が前記所定値に対して減少することが見出される場合に前記歯垢が存在することが決定されるように、適合される、
請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記歯をクリーニング作用にさらす歯クリーニング手段をさらに有する、
請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
前記歯クリーニング手段は、流体の流れの影響下で前記歯をきれいにするように適合され、前記装置はさらに、前記光検出手段を作動させる前に前記歯クリーニング手段を作動させるように適合される制御手段をさらに有する、
請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記装置は、前記歯クリーニング手段がブラッシング動作の影響下で前記歯をきれいにするように適合される電動歯ブラシであり、前記装置はさらに、前記光検出手段の作動中に前記歯クリーニング手段を作動停止させるように適合される、制御手段を有する、
請求項１６に記載の装置。
【請求項１９】
前記光放射手段及び前記光受光手段の両方は、前記歯の表面に直接接触する要素を有する、
請求項１に記載の装置。
【請求項２０】
前記装置は、毛を備えるブラシを持つヘッドを有する電動歯ブラシであり、前記歯の表面に直接接触する前記要素は、前記ブラシに組み込まれる、
請求項１９に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯垢検出のための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、表面の歯垢に結合することができる蛍光剤をそこに塗布されている口腔内の表面から歯垢を検出し且つ除去するのに適した歯ブラシを開示する。表面は、実質的に同時に、きれいにされるとともに、蛍光剤と接触されるとき蛍光発光を提供するのに効果的な波長の光で照射される。蛍光発光の一部は、集められ、所定の閾値と比較される。比較の結果に応じて、装置が他の部分に動かされることができるかどうか決定される。装置が特定の部分に保たれる場合、いつ装置が他の部分に動かされることができるか決定される。
【０００３】
特許文献１は、一般的に、歯垢を検出するための２つの方法が知られていることを開示している。１つの方法は、一次蛍光発光を使用し、ここでは歯垢又は他の歯科材料自体の蛍光発光が監視される。他の方法は、二次蛍光発光を使用し、ここでは、歯垢を有することが疑われる口腔内の表面が、蛍光ラベル材料で処理され、口腔表面のラベル材料の蛍光発光が、歯垢の存在を示すために検出される。
【０００４】
蛍光に基づく歯垢検出に関する文献の他の例は、特許文献２及び３を含む。
【０００５】
歯垢検出のために蛍光を適用することの欠点は、関連費用が比較的高いことである。とりわけ、高価な光学フィルタが信頼性の高い検出結果を保証するために必要とされる。結果として、歯垢検出のための装置は、専門の環境で用いられるのに適するのみである。さらに、前述のように、二次蛍光発光を使用する方法は、蛍光ラベル材料の塗布を含み、これは厄介であるとともに特別なユーザ技能を必要とする。この問題は、一次蛍光発光を使用する方法の場合に存在しないが、このような方法は、それらが弱い信号しか生じないので、あまり信頼性が高くない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＵＳ  ２０１１／３１４６１８  Ａ１
【特許文献２】ＵＳ  ６，４８５，３００  Ｂ１
【特許文献３】ＵＳ  ２０１１／１５１４０９  Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記から、歯垢を検出する他の方法に対する必要があることが導かれる。事実は、家庭用に適し、蛍光発光と異なる他の原理に基づいてその機能を信頼性高く実行することができる、歯垢を検出するための装置を有する必要があることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的は、請求項１による歯垢検出のための装置によって対処される。装置の好適な実施形態が従属請求項に開示される。
【０００９】
本発明によれば、歯垢検出のための装置が提供され、特に以下の手段を有する：
−  歯の方向に光を放射し、それによって歯を照らす、光放射手段；
−  照らされた歯から散乱される光を受光する、光受光手段；
−  光受光手段によって受光した光を検出し、検出光の少なくとも１つの特性を示す検出信号を生成する、光検出手段；及び
−  検出信号に基づいて検出光の少なくとも１つの散乱関連量を決定し、少なくとも１つの散乱関連量を評価することによって歯垢が歯に存在するかどうかを評価する、処理手段。
【００１０】
本発明の根底にある洞察によれば、歯の歯垢の存在は、光が歯から散乱される方法に影響を及ぼす。実際、歯から散乱される光を検出し、このような光を処理することによって、歯の歯垢の存在の信頼性の高い兆候を得ることが実際に可能であることが見出されている。したがって、本発明による装置では、歯垢の存在が、光の散乱、吸収及び／又はスペックル特性に基づいて決定されることができ、これらの光の散乱、吸収及び／又はスペックル特性は、光の散乱関連量を計算するために使用されるのに適している。いずれにせよ、当分野で知られていることに反して、歯の歯垢状態を知るために蛍光発光に依存する必要が無い。
【００１１】
「光放射手段」は、そこから光が隣接する空間の中に、とりわけユーザの口の中に放射されることができる、任意のユニット又はコンポーネントを有し得る。光放射手段は、典型的には、放射光を所望の方法でガイドする及び成形するためのレンズ又は光ファイバのような光学コンポーネントを有し得る。
【００１２】
「光受光手段」は、最も単純な場合に、ただ、光が通過することができる開口を有し得る。それは典型的には、光検出手順の所望の挙動を提供するようにレンズのような光学要素を有し得る。他の適切な実施形態では、光受光手段は、少なくとも１つの光ファイバを有する。
【００１３】
「光検出手段」は、光受光手段によって受光されるとき、照らされた歯から散乱される光の少なくとも１つの散乱関連量を決定するプロセスで基礎として使用されることになる検出信号を生成するために、分光計、フォトダイオード、カメラ等を有し得る。「検出信号」は、任意の種類の信号、好ましくは電圧のような電気信号、であり得る。さらに、検出信号は、任意の適切な方法で、例えば、アナログ又はデジタル値として、その情報をデコードする。
【００１４】
「処理手段」は、例えば、光検出手段に結合される、専用電子ハードウェアによって、ソフトウェアと関連付けられるデジタルデータ処理ハードウェアによって、又は両方の合成によって実現され得る。歯の歯垢の存在に関する評価は、定性的又は定量的であり得る。この評価の結果は、任意の適切な方法でさらに処理され得る。ユーザは、対応するフィードバック信号を提供され得る。そのために、本発明による装置は、歯の歯垢の存在に関する情報をユーザに提供するための指示手段を備え得る。
【００１５】
記載された装置は、それが歯垢の改良された処理を可能にするという利点を有する。この利点は、歯から散乱された光の受光及びその光の少なくとも１つの量の決定が、リアルタイムの歯垢の自動的な検出を可能にするからである。この情報は、幾つかの方法で、例えば、ユーザに関連するフィードバックを、彼／彼女が歯の掃除手順の効率を最適化することができるように提供することによって、利用されることができる。本発明を実現することによって、蛍光発光が歯垢状態情報を得るために信頼されている技術分野で知られていることとは反対に、有用な信号が得られることを確実にするためのラベル材料を塗布する必要がない。
【００１６】
基本的に、放射光の歯の表面との相互作用が、歯の歯垢の存在に関する有用な情報を提供する。特に、この相互作用は、放射光の散乱を含む。この文脈において、用語「散乱」は、通常通り、光が、典型的にはランダムに、ある散乱材料によって反射及び／又は屈折されるプロセスを意味するものとする。散乱の前述のプロセスは典型的には、それらの発生及び強度が歯の歯垢の存在又は欠如に関する情報を提供するように、歯垢及び（きれいな）歯において異なって生じる。
【００１７】
概して、歯垢の存在に関する所望の情報を提供する受光した光の任意の特性が利用されることができる。このような特性の１つの重要な例は、受光した光のスペクトルである。他の重要な例は、光のスペックル特性（すなわち、散乱されたコヒーレント光の干渉から生じる歯表面の画像のスペックル（斑）のある出現である。
【００１８】
検出光のスペクトルから情報を利用するために、光検出手段は好ましくは分光計を有する。追加的に又は代替的に、光検出手段は、スペクトルの関連した部分（ｒｅｌｅｖａｎｔ  ｐｏｒｔｉｏｎ  ｏｒ  ｐｏｒｔｉｏｎｓ）を選択するために１又は複数のスペクトルフィルタを有し得る。好ましくは、関連するフィルタを持つ検出器のセットがこの場合提供される。追加的に又は代替的に、光検出手段は、それを用いて画像が生成されることができるカメラを有する。典型的には、カメラは、歯の表面の画像を生成することができるように設計され且つ調整される。このような画像は、例えば、上述のスペックル量を決定するために使用され得る。
【００１９】
放射光は、任意選択で広帯域スペクトル、例えば、約３５０ｎｍから約２，０００ｎｍまでの波長をカバーするスペクトルを有し得る。広帯域スペクトルを持つ光は、典型的には、受光した光のスペクトルが検出されることになっている上述の場合で使用され得る。追加的に又は代替的に、複数の単色光源が関心のある特定の波長で光を放射するために使用されることができる。追加的に又は代替的に、放射光は、高コヒーレンスを有し得る、例えば、コヒーレントレーザ源からの光。コヒーレント光は特に光のスペックルパターンを測定するために使用され得る。
【００２０】
処理手段は、散乱関連量の基準値と検出光の少なくとも１つの散乱関連量の実際値を比較するように適合され得る。基準値は、例えば、以前の実験で決定された平均値に対応し得る。
【００２１】
他のオプションによれば、検出光の散乱関連量の決定は特に、この量の時間的推移の評価を含み得る。このアプローチは、歯垢が、ある特定の状況下での、例えば、その環境が乾燥から湿ったものに又はその逆に変化するときの、その光学特性の特徴的時間的挙動を示し得るという事実を利用する。時間的推移は、例えば、観察される期間にわたるそれぞれの特性の時間的相関を決定することによって見つけ出され得る。
【００２２】
光受光手段は、任意選択で、（歯の表面で散乱された後に）放射光が２つの異なる位置で収集されることができるように、光の第１の入り口及び光の第２の入り口を有し得る。受光した光のこれらの部分（ｆｒａｃｔｉｏｎｓ）の比較は、ある状況では、歯垢の存在に関する情報を提供し得る。これは特に、光りの第１の入り口及び第２の入り口が、光放射手段から異なる距離に配置される場合の状況であり得る。光放射手段から短い距離で受光された光のスペクトル及び光放射手段からより大きい距離で受光された光のスペクトルは、放射された光のこれらの成分が歯垢を通って移動した異なる経路長に起因して、異なり得る。より大きい距離を移動した光は、典型的にはまた、材料を通ってより深く移動している。
【００２３】
光放射手段から放射された光は、概して、装置の外の光源（及び自然光でさえ）を含む、任意の適切なソースから発する。しかし、好適な実施形態では、装置は、放射光を生成するための光源を有する。光源は、例えば、装置に組み込まれるＬＥＤ又はレーザであり得る。装置が歯ブラシである場合、光源は任意選択で、歯ブラシのヘッドに配置され得る。しかし、歯ブラシの、特に、電動歯ブラシのヘッドは、通常使い捨てであるので、例えば、光を輸送するための光ファイバを使用して、光源（及び典型的には光検出手段も）を歯ブラシのハンドルの中にすることが実用的である。他方、現在処置されている位置から即座に歯垢に関する情報が得られることができるように、光放射手段及び／又は光受光手段を歯ブラシのヘッドに配置することが望ましい。
【００２４】
完全性のために、通常通り、「歯ブラシ」は、手動又は電動で（人間のユーザの又は動物の）歯を掃除するための装置を示すものとすることが留意される。歯ブラシは典型的には、歯を掃除するための手段、例えば、毛のブラシを担持するヘッドにネック部を介して接続されるハンドルを有する。電動歯ブラシは、追加的に、ブラシを動かすためのバッテリ及びモータのような要素を有し得る。
【００２５】
概して、本発明による装置は、クリーニング動作に対する歯垢状態に関して評価されることになる歯に行うための歯クリーニング手段を備え得る。例えば、装置は、ガス（例えば、空気）及び／又は液体（例えば、水）の流れのような流体の流れを注入するためのインジェクタを有し得る。適切な流体の注入によって、歯垢を検出する及び／又は処置するプロセスが、支援されることができる。水の流れは、例えば、放射光による歯の照射を減じるかもしれない練り歯磨きを除去することができる、又は空気の流れが、特定の時間的な挙動がトリガされるように、歯垢を乾燥環境にさらすことができる。
【００２６】
前述のインジェクタは、好ましくは、そこを通って流体の流れがガイドされる流路を有することができ、流路及び光放射手段は、流体の注入される流れ及び放射光が実質的に同じ方向に装置を離れ得るような方法で互いに対して配置され得る。流体の流れは、その後、光に関連した測定値に対する再現可能な状況を確立することができる。
【００２７】
概して、機械的クリーニング強度、洗浄剤の供給などのようなクリーニング手順のパラメータは、歯の歯垢状態の評価に基づいて適切な制御手段によって自動的に制御／適合され得る。
【００２８】
光放射手段及び／又は光受光手段は、好ましくは、光ファイバのような光ガイドを有し得る。これは、光発生及び／又は検出の位置にそれぞれ独立して選ばれることができる最適な位置で光を放射及び／又は受光することを可能にする。
【００２９】
他の好適な実施形態では、本発明による装置は、前述した歯ブラシであることができ、光放射手段は、歯ブラシの毛の中に配置され得る。このような光放射手段は、例えば、前述の種類のファイバによって実現され得る。光はしたがって、歯の表面の上に即座に放射されることができる。
【００３０】
本発明による装置の記載された動作は、典型的には、コンピューティング装置、例えば、装置のマイクロプロセッサ又はＦＰＧＡの助けを借りて実現される。したがって、本発明はさらに、コンピュータで実行されるとき所望の機能を提供するコンピュータプログラム製品を含む。
【００３１】
さらに、本発明は、データキャリア、例えば、フロッピーディスク、ハードディスク、ＥＰＲＯＭ、コンパクトディスク（ＣＤ−ＲＯＭ）、デジタル多目的ディスク（ＤＶＤ）、又はＵＳＢスティックを含み、このデータキャリアは、機械可読形式でコンピュータプログラム製品を記憶し且つデータキャリアに記憶されたプログラムがコンピュータ装置で実行されるとき、歯垢検出のプロセスでそれらの機能を実行するために本発明による装置の様々な手段を動作させる。データキャリアは、特に、以前の段落で述べたコンピューティング装置のプログラムを記憶するのに適し得る。
【００３２】
今日では、このようなソフトウェアは、しばしば、ダウンロードのためにインターネット又は感謝のイントラネットで提供され、したがって、本発明はまた、ローカル又はワイドエリアネットワーク上で本発明によるコンピュータ製品を送信することを含む。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
本発明の様々な態様は、以下に記載される実施形態から明らかになるとともに同実施形態を参照して説明されるであろう。
【図１】本発明の第１の実施形態による歯ブラシの適用を概略的に示す。
【図２】そこを通って流体の流れが注入されることができる中空コアを持つインジェクタを概略的に示す。
【図３】そこを通って流体の流れが注入されることができるコアの周りの導管を持つインジェクタを概略的に示す。
【図４】光放射要素から異なる距離での散乱光の収集を概略的に示す。
【図５】歯垢で部分的に覆われた歯（破線）及び部分的に掃除された歯（実線）からの測定された反射スペクトルを示し、一番上の図は近距離プローブで測定されたスペクトルを示し、真ん中の図は長距離プローブで測定されたスペクトルを示し、一番下の図はこれらの２つのスペクトルの比を示す。
【図６】きれいな歯での１２の測定（右の棒“Ｎ”）及び歯垢で覆われた歯の１２の測定（左の棒“Ｐ”）に対するスペクトルの特定の部分における勾配のヒストグラムを示す。
【図７】スペックル検出に基づくプラーク検出を示す。
【図８】きれいな歯（“Ｎ”）から及び歯垢で覆われた歯（“Ｐ”）から散乱された光のスペックルパターンの時間に対する測定された相関を示す図である。  同様の参照数字又は１００の倍数の整数だけ異なる数は、図面において、同一又は同様の構成要素を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
歯垢は、臨床的に、除去可能且つ固定された修復物を含む、口腔内の硬い表面に頑強にくっつく、構造化した、弾性の、黄色い灰色がかった物質として定義される。それは、多数のバクテリア及び流体を満たされた導管、特に、唾液グリコプロテイン及び菌体外多糖の基質の中のバクテリアからなる組織的構造によって特徴付けられる口腔バイオフィルムである。
【００３５】
歯表面上のその位置に基づいて、歯垢は、歯肉縁上の歯垢又は歯肉縁下の歯垢に分類され得る。口腔歯垢の成熟は、口の中の場所、年齢、時間、口腔環境及び他の因子に依存して、非常に変わりやすい。この変動性にもかかわらず、口腔歯垢は、再現可能なパターンにしたがって発達する。
【００３６】
本発明は、概して、口腔ケア、特に、歯の衛生及び健康を支えるとともにユーザが歯垢から歯をきれいにすることを助ける技術に関する。
【００３７】
前述の目的は、特に、彼らが実際彼らの歯から歯垢を除去しているかどうか及び彼らが完全に歯垢を除去したかをユーザに伝え、両方の安心を提供するとともに良い習慣に彼らをコーチすることによって、達成され得る。有利には、このような情報は、ブラッシング中にリアルタイムで提供される。例えば、彼らがブラッシングしている位置がきれいであるとき歯ブラシがユーザに信号（例えば、可聴信号）を与える場合、彼らは次の歯に移ることができるので、有用であり得る。これは、彼らのブラッシング時間を減少させ得るが、また、より良く、より意識的なブラッシング手順に導くであろう。
【００３８】
このことから、歯を照明することが提案され、歯から散乱する、光、又は光の一部を測定することによって、その後、歯垢の存在又は欠如を決定することができる。これは、ブラッシングルーチンの間にリアルタイムで歯垢を検出する方法を提供する。特に、このアプローチの実施形態は：
−  歯の表面を照明するための光源；
−  歯から戻る光を検出するための光学検出器であって、例えば、フィルタを備えるセンサ、分光計、カメラ又は組み合わせであり得る、光学検出器；及び
−  検出光を分析するためのプロセッサであって、歯垢の存在が、光の散乱、吸収及び／又はスペックル特性に基づいて決定される、プロセッサ；
を有する装置からなり得る。
【００３９】
図１は、上述の一般的原理にしたがって設計されている歯ブラシ１００の適用を概略的に示す。歯ブラシ１００は、ユーザによって持たれることができるハンドル１０１及び毛１０４を有するブラシを備えるヘッド１０３を有し、ハンドル１０１及びヘッド１０３は細長い首部１０２によって接続される。歯ブラシは、歯垢Ｐによって覆われた歯Ｔへの適用中且つ練り歯磨きＡの同時の適用中を示されている。
【００４０】
歯垢の所望の検出及び監視を提供するために、歯ブラシ１００はさらに、以下の構成要素を有する：
−  例えば、ＬＥＤ又はレーザであり得る、光を制御可能に発生する光源１１０。
−  そこを通って光源１１０によって発生した示された光Ｉｉｎ並びに空気及び／又は水の流れＳが歯Ｔに向かって放射されることができる出口要素１０５。このために、出口要素１０５は、ここでは光ガイド要素１１１の形態の、光放射要素、例えば、光源１１０からの光を出口要素１０５の端部にガイドする光ファイバ、を有する。さらに、流路が、そこを通って空気／水の流れＳがユーザの口の中に注入されることができる出口要素１０５に設けられる。
−  ここでは、歯ブラシ１００の毛１０４の間に配置される光ファイバによって実現される、光受光要素１２１。光受光要素１２１は、歯Ｔの表面で及び／又は歯垢Ｐによって散乱された光Ｉｓｃを受光し、これを光検出器にガイドする。
−  例えば、フォトダイオード又はカメラであり得る、前述の光検出器１２０。光検出器１２０は、受光した光Ｉｓｃの特性を示す検出信号ｘを生成する。
−  光検出器１２０及び光源１１０を制御するために及び検出信号ｘを受信（及び評価）するために、光検出器１２０及び光源１１０に接続されている、評価ユニット１３０、例えば、歯ブラシ１００のハンドル１０１に組み込まれたマイクロプロセッサ。信号ｘの評価は、以下に説明される、適切な散乱関連量の計算を含む。
【００４１】
記載された構成は、歯Ｔの表面への、すなわち、存在する場合歯垢Ｐへの、光Ｉｉｎの放射を可能にする。光はその後、散乱され、その一部は、光受光要素１２１によって取り込まれ、評価のために検出器１２０に送られる。
【００４２】
実地試験の間、手順は、練り歯磨きが無い場合に最も良く働くことが見出された。したがって、歯垢Ｐの検出は、練り歯磨きを（一時的に）除去する方法と一緒に行われることが好ましい。これは、例えば、記載された出口要素１０５を通って放射され得る、内蔵空気フロス、水噴流、及び／又は空気噴流によって達成されることができる。
【００４３】
他のオプションは、光を直接、供給及び歯Ｔの表面から検出するために光ファイバを用いることである。この光ファイバは、練り歯磨きＡが全く又はほとんど存在しないことを確実にするために表面と直接接触することができる。
【００４４】
さらに好適な実施形態は、空気／水噴流を前述のファイバの選択に向けることである。空気／水は、例えば、光ファイバの長さに沿って平行に配置される中空コアで方向付けられることができる。
【００４５】
この１つの可能な非限定の実施形態が、歯ブラシ２００に関連する図２に示される。光及び空気／水の流れのための組み合わされた出口要素２０５が、そこを通って空気又は水の流れＳが流れることができる中空コア２０５ａ及びその周りの光ガイド部分２１１を有する。
【００４６】
図３は、歯ブラシ３００に関連し、光がコア３１１のファイバを通ってガイドされ、空気又は水の流れＳが、コア３１１を囲む部分的に中空の領域３０５ａの中を流れる代替実施形態を示す。
【００４７】
図２及び３の出口要素２０５、３０５はさらに、外側マントル（ｏｕｔｅｒ  ｍａｎｔｌｅ）２０５ｂ、３０５ｂを有する。図１の出口要素１０５は、任意選択で、この方法でも設計され得る。
【００４８】
図４は、歯Ｔを照明し且つ照明ポイントから多数の距離で散乱光を検出するために多数のファイバを持つ光学プローブ４０６を使用する、歯ブラシ４００（関連のある構成要素のみが示されている）の代替実施形態を示す。光のスペクトルは、光が歯Ｔを通って伝搬するとき変化する。これらのスペクトルは、とりわけ、歯垢Ｐの欠如又は存在による、吸収及び散乱に起因して変化する。
【００４９】
光学プローブ４０６は、光放射要素４１１、すなわち、そこを通って光源（図示せず）からの光が、案内され、最終的に放射される、１つのファイバを含む。さらに、プローブ４０６は、「近距離光受光要素」４２１ｓｄ及び「長距離光受光要素４２１ｌｄ」を含み、それらの両方はまた、それぞれ光放射要素４１１から近距離及び長距離に配置されている１つのファイバによって実現される。例えば、受光要素４２１ｓｄ、４２１ｌｄが、分光計（図示せず）又は他のより単純な検出器（例えば、測定スキームに応じて、スペクトルフィルタを持つ２又は３のフォトダイオード）のような、別個の光検出器に結合されるので、これらの２つの受光要素４２１ｓｄ、４２１ｌｄによって受光される光は、別々に検出されることができる。
【００５０】
短距離光受光要素４２１ｓｄは、光放射要素４１１によって放射され且つ歯Ｔ及び歯垢Ｐを通じて散乱された光Ｉｓｄを収集することができるが、短距離に対してのみである一方、長距離光受光要素４２１ｌｄは、より長い距離にわたって散乱された光Ｉｌｄを収集する。したがって、受光した光のこれらの２つの部分（ｆｒａｃｔｉｏｎｓ）は異なる。
【００５１】
使用の間、広帯域光源からの光Ｉｉｎが、光放射要素４１１のファイバを通って注入される。光受光ファイバ４２１ｓｄ、４２１ｌｄは、スペクトル又はスペクトルの一部の測定を可能にする分光計に接続される。
【００５２】
光放射要素４１１及び光受光ファイバ４２１ｓｄ、４２１ｌｄの両方が、外部からの影響を最小化するために、歯Ｔの表面に直接接触するように配置されることが好ましい。本発明のフレームワークの中で、光を放射する及び光を受光するための３つの光ファイバ４１１、４２１ｓｄ、４２１ｌｄを使用することが可能であるが、他の可能性も実現可能である。例えば、２つのファイバのみが使用されることができ、例えば、一方のファイバが光を放射する機能を果たすとともに、他方のファイバが光を受光する機能を果たすように、又はその一方のファイバが光を放射し且つ光を受光する両方の機能を果たすとともに、他方のファイバが、光を受光するだけの機能を果たすようになり得る。前述のように、光を放射すること及び光を受光することの両方の機能を実行する単一のファイバを使用することも可能である。組み合わされた機能を有するファイバの場合、光源及び検出器が存在する所のファイバの側においてスプリッタを使用することが適切である。いずれの場合も、少なくとも１つの光ファイバが使用されるとき、ファイバを歯ブラシ４００のブラシに配置することが現実的な選択肢である。
【００５３】
図５は、歯垢Ｐで覆われた歯Ｔの一部（破線、記号“Ｐ”）及び掃除された歯Ｔの一部（実線、記号“Ｎ”）からの典型的な反射スペクトルを示す。一番上のグラフは、近距離光受光要素４２１ｓｄで測定された（正規化された強度Ｉｓｄとしての）スペクトルを示し、真ん中のグラフは、長距離光受光要素４２１ｌｄで測定された（正規化された強度Ｉｌｄとしての）スペクトルを示し、一番下のグラフは、２つのスペクトルの間の比（Ｉｌｄ／Ｉｓｄ）を示す。これらのスペクトルの間には、歯垢Ｐの検出を可能にする、明らかな違いがある。
【００５４】
以下には、スペクトルから歯垢Ｐの存在を抽出する３つの例示的な方法がより詳細に記載される。
【００５５】
１．  第１のアプローチでは、２つのスペクトルの間の比（Ｉｌｄ／Ｉｓｄ）が、図５の一番下のグラフに示されるように決定される。両方のスペクトルを使用する利点は、光放射要素４１１からの両方の距離で同じであることが推測されることができる、検出誤差、環境光の影響等のようなノイズ要因の影響が、平均されることができることであるので、比は、歯Ｔの歯垢状態の信頼性の高い指標として使用されることができる。歯垢Ｐが歯Ｔの上に存在するとき、吸収効果が比較的小さいことが推測されることができるので、このような効果は、歯垢検出の特定の文脈において比の現実的な適用を妨げない。
【００５６】
好ましくは、比は、きれいな歯Ｔに関連付けられる比と歯垢Ｐで覆われた歯Ｔに関連付けられる比との間の差が比較的大きい波長、例えば、７００ｎｍで決定される。例えば、比の実際の値をきれいな歯Ｔに関連付けられる比の値と比較することによって、及び、第１の比が、第２の非に対して著しく減らされているか否かを評価することによって、歯垢Ｐが、調査中の歯Ｔに存在するか否かが決定されることができる。
【００５７】
２．  第２のアプローチでは、測定されたスペクトルは、散乱効果と吸収効果との間を区別するのに特に適する散乱モデルに一致（ｆｉｔ）させられる（R.  Nachabe他、"Diagnosis  of  breast  cancer  using  diffuse  optical  spectroscopy  from  500  to  1600  nm:  comparison  of  classification  methods",  J.  Biomedical  Optics  16(8),  087010  (August  2011)参照）。この参考文献に記載されるように、波長の関数として減少した散乱係数μ’Ｓ（λ）は、
【００５８】
式１
2016538903.tif 000003
【００５９】
によりモデル化され、ここで、  は波長正規化値に対応し、αは  での減少した散乱振幅であり、ミー（Ｍｉｅ）散乱勾配はｂであり、ρは、組織内の散乱の２つの種類としてミー及びレイリー散乱を仮定するミーからトータルへの（Ｍｉｅ−ｔｏ−ｔｏｔａｌ）減少した散乱を示し、ミー散乱は、比較的大きい粒子に関連付けられ、レイリー散乱は比較的小さい粒子に関連付けられる。以下の表は、歯垢Ｐ有り及び無し両方の、２つの歯Ｔでの４つの異なる「近距離」測定に対するこの散乱モデルを使用する抽出されるパラメータを示し、λ＝  ＝８００ｎｍ、正規化値と等しくなるように波長の値を選択した結果としてμ’Ｓ（λ）＝αである。完全性のために、正規化値からはずれるように波長の値を選ぶことも可能である。さらに、８００ｎｍと違う他の値が、正規化値に関して選ばれ得る。しかし、光が表面から散乱される程度もまた表面に存在する粒子のサイズに対する光の波長の関係に依存するという事実を考慮して、８００ｎｍは、歯垢検出に関して適切な値に見える。
【００６０】
表１
2016538903.tif 000004
【００６１】
結果は、８００ｎｍの波長における減少した散乱係数を可能性のある歯垢差別化要因として示唆している。歯垢Ｐを含む歯表面は、歯垢Ｐ無しの歯表面に比べてより粗く、歯垢Ｐ有りの歯Ｔに対してより高い散乱をもたらし、減少した散乱係数は、歯垢Ｐ無しの歯Ｔに比べて歯垢Ｐ有りの歯Ｔに関してより高い。したがって、減少した散乱係数の実際の値が、歯Ｔ上の歯垢Ｐの欠如に関連付けられた減少した散乱係数の所定の値と比較され、且つ第１の値が第２の値より高いことが見つかるとき、歯垢Ｐが歯Ｔの上に存在すると結論づけられる。第２のアプローチの利点は、１つの検出器位置のみが必要とされ、非常に正確な結果が、吸収の影響が除去されるとき、得られることである。
【００６２】
実際、αは、光が歯表面から散乱される程度の指標を提供し、ｂは散乱光のミー成分の指標を提供し、ρは散乱光のレイリー成分の指標を提供すると言うことができる。様々な値は、散乱光のスペクトルを測定することによって決定される。値αが歯垢の存在の指標として使用されるのに適していることが前述から得られる。より洗練されたオプションによれば、値ｂ及び／又は値ρを使用することも可能である。
【００６３】
３．  第３のアプローチでは、２つの波長における散乱が評価される。図５の一番上のグラフに見ることができるように、おおよそ４００ｎｍから５５０ｎｍの間の勾配が、歯垢Ｐの存在で異なる。したがって、テストが実行され、そこでは、以下の比Ｓが、
【００６４】
式２
2016538903.tif 000005
【００６５】
２４の異なる測定に対して計算され、ここで、４３４ｎｍがλ１として使用され、５３７ｎｍがλ２として使用された。結果のヒストグラムが、図６に示されている。歯垢Ｐを含んだ（記号“Ｐ”）歯Ｔの測定の全ては負の比を有する一方、きれいな歯（記号“Ｎ”）では、比は正である。したがって、吸収の影響が第２のアプローチにおいて除去されていないにもかかわらず、比は歯垢差別化要因として使用されるのに適することが結論づけられた。アルゴリズムは、比較的単純であり、これは、装置の家庭使用及びコストを考慮して有利であり得る。概して、λ２が、前述の勾配上のλ１より大きくなるように選ばれる場合に有利である。
【００６６】
図７は、歯垢検出がスペックル相関に基づく代替実施形態を概略的に示す。再び、対応する歯ブラシ５００の関連のある構成要素のみが示される。これらは、そこから光Ｉｉｎが幾つかのう光放射要素５１１によって歯Ｔの歯垢Ｐに向かって放射される、コヒーレント光源５１０、例えばレーザを有する。反射された光は、光収集要素５２１、例えば、レンズシステム、によって収集され、表面の画像が生成される（デジタル）カメラ５２０に案内される。
【００６７】
レーザ５１０によって放射される光Ｉｉｎのコヒーレントビームは、歯Ｔを照らす。カメラ５２０は、歯表面のスペックルパターンを撮像し、この歯は歯垢Ｐで覆われる可能性がある。時間進むとき、歯垢層Ｐの微細構造体は、層から漏れる水のような様々な理由のために、変化する。歯垢層の変化は、スペックルパターンの測定可能な非相関につながる。歯垢Ｐが無い場合、スペックルパターンは、時間においてより安定している。
【００６８】
相関Ｃ（ｔ）は、
【００６９】
式３
2016538903.tif 000006
【００７０】
として計算されることができ、ここで、Ｉ（ｘ、ｙ、ｔ）は時間ｔにおける測定された強度画像であり、２つの和は関心領域のｘ及びｙピクセルの上を動き、上の棒は、画像Ｉ（ｘ、ｙ、ｔ）の空間平均値を示す。関心領域は、理想的には、１より多い解像可能なスペックルをカバーする。相関Ｃ（ｔ）は、２つの画像：基準画像Ｉ（ｘ、ｙ、０）及び、スペックルパターンがまだ有意に非相関化されていないように第１の画像の後に非常に短時間に取られた、もう一つの画像Ｉ（ｘ、ｙ、０＋δ）、を使用して正規化される。この方法では、画像内の如何なるノイズも、正規化の中で正確に平均化される。
【００７１】
図８は、きれいな歯（記号“Ｎ”）から及び歯垢で覆われた歯（記号“Ｐ”）から散乱される光のスペックルパターンの測定された相関を示す。測定の直前、歯は、水の多い環境から取り出され、乾燥したカップの中に置かれた。歯垢で覆われた表面のスペックルパターンは明らかに、歯のきれいな部分のスペックルパターンより、多く且つ速く相関を失う。したがって、歯垢状態の指標が、相関の値Ｃ（ｔ）を歯の歯垢が無いことに関連付けられる相関Ｃ（ｔ）の所定の値と比較することによって、得られることができ、相関Ｃ（ｔ）の値が、所定の値に対して減少することが見出される場合に歯垢が存在すると結論付けられる。
【００７２】
測定は、歯が多かれ少なかれ乾燥環境にあるとき、最も良く機能する。実際には、これは、内蔵空気フロスシステムを備える歯ブラシを使用することによって達成されることができる。空気フロスは、その結果、測定がスタートする直前に歯を吹いて乾かす。
【００７３】
また、歯ブラシの運動に起因する測定の如何なる高周波外乱を防ぐために、測定の間にブラッシングを無効にすることが好ましい。
【００７４】
要約すると、歯Ｔの歯垢Ｐの検出のための装置の様々な実施形態が記載されている。好適な実施形態によれば、光Ｉｉｎは、歯Ｔに向かって放射され、歯Ｔ及び歯Ｔに存在し得る歯垢Ｐの表面から散乱されるその一部が、光受光要素１２１、４２１ｓｄ、４２１ｌｄ、５２１によって再収集される。受光された光Ｉｓｃ、Ｉｓｄ、Ｉｌｄは、光Ｉｓｃ、Ｉｓｄ、Ｉｌｄの少なくとも１つの特性を示す検出信号ｘを生成するために光検出器１２０、５２０に提供され、この光はその後、少なくとも１つの散乱関連量を決定することによって歯垢Ｐの存在に関して評価される。量は、例えば、受光した光Ｉｓｃ、Ｉｓｄ、Ｉｌｄのスペクトルから計算されることになる比若しくは係数、又はスペックルパターンの時間的推移であり得る。
【００７５】
本発明が図面及び前述の説明において詳細に図示されるとともに説明されたが、斯かる図示及び説明は、説明的又は例示的であるとみなされるべきであり、本発明を限定するものではない。本発明は、開示された実施形態に限定されるものではない。図面、開示及び添付された請求項の研究から、開示された実施形態に対する他の変形形態が、請求項に記載の本発明を実施する当業者により理解され、実行されることができる。請求項において、単語「有する」は他の要素又はステップを除外するものではなく、不定冠詞“ａ”又は“ａｎ”は複数を除外するものではない。単一のプロセッサ又は他のユニットが、請求項に記載される幾つかのアイテム／手段の機能を満たし得る。特定の手段が相互に異なる従属項に記載されるという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを意味するものではない。コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に又はその一部として供給される光学的記憶媒体又は固体媒体のような適切な媒体に格納／配布されることができるが、インターネット又は他の有線若しくは無線通信システムを介してのような他の形式で配布されることもできる。請求項における任意の参照符号は、発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【図１】
2016538903.tif 000011
【図２】
2016538903.tif 000012
【図３】
2016538903.tif 000013
【図４】
2016538903.tif 000014
【図５】
2016538903.tif 000015
【図６】
2016538903.tif 000016
【図７】
2016538903.tif 000017
【図８】
2016538903.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成28年4月19日(2016.4.19)
【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】
歯垢検出のための装置であって：
−  歯の方向に光を放射し、それによって前記歯を照らす、光放射手段；
−  照らされた前記歯から散乱される光を前記光放射手段から２つの異なる距離で受光する、光受光手段；
−  前記光受光手段によって受光した光を検出し、検出光の少なくとも１つの特性を示す検出信号を生成する、光検出手段；及び
−  前記２つの異なる距離で前記検出される光の強度の比Ｒを決定する、処理手段であって、特に前記比Ｒは、
式４
2016538903.tif 000019
として定義され、ここでＩｌｄ（λ）は、前記光放射手段から比較的長い距離で検出される波長λにおける前記光の強度を示し、Ｉｓｄ（λ）は、前記光放射手段から比較的短い距離で検出される同じ波長λにおける前記光の強度を示す、処理手段；を有する、
装置。
【請求項２】
前記処理手段は、前記比Ｒの値を、前記歯に歯垢の無いことに関連付けられる前記比Ｒの所定値と比較するように、及び前記比Ｒの値が、前記所定値に対して減少していることが見出される場合に前記歯垢が存在することが決定されるように、適合される、
請求項１に記載の装置。
【請求項３】
歯垢検出のための装置であって：
−  波長のスペクトルで歯の方向に光を放射し、それによって前記歯を照らす、光放射手段；
−  照らされた前記歯から散乱される光を受光する、光受光手段；
−  前記光受光手段によって受光した光を検出し、検出光の少なくとも１つの特性を示す検出信号を生成する、光検出手段；及び
−  前記光の波長λの関数として前記検出光の減少した散乱係数μ’Ｓ（λ）を決定するように適合される、処理手段であって、特に前記減少した散乱係数は、
式５
2016538903.tif 000020
として定義され、ここでλ０は波長正規化値であり、αはλ０における前記減少した散乱振幅を示し、ｂはミー散乱勾配を示し、ρは、ミーからトータルへの減少した散乱部分を示す、処理手段；を有する、
装置。
【請求項４】
処理手段は、前記減少した散乱係数μ’Ｓ（λ）の値を、前記歯に歯垢の無いことに関連付けられる前記減少した散乱係数μ’Ｓ（λ）の所定値と比較するように、及び前記減少した散乱係数μ’Ｓ（λ）の前記値が前記所定値より高いことが見出される場合に前記歯垢が存在することが決定されるように、適合される、
請求項３に記載の装置。
【請求項５】
歯垢検出のための装置であって：
−  波長のスペクトルで歯の方向に光を放射し、それによって前記歯を照らす、光放射手段；
−  照らされた前記歯から散乱される光を受光する、光受光手段；
−  前記光受光手段によって受光した光を検出し、検出光の少なくとも１つの特性を示す検出信号を生成する、光検出手段；及び
−  異なる２つの波長で前記検出光の強度の比Ｓを決定するように適合される、処理手段であって、特に前記比Ｓは、
式６
2016538903.tif 000021
として定義され、ここでＩは正規化された強度を示し、λ１は第１の波長を示し、λ２は第２の波長を示す、処理手段；を有する、
装置。
【請求項６】
第２の波長は第１の波長より大きい、
請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記２つの異なる波長の値は、歯垢が歯に存在するときに負の値の前記比Ｓを有し且つ前記歯垢が無いときに正の値の前記比Ｓを有するように、選ばれる、
請求項５に記載の装置。
【請求項８】
歯垢検出のための装置であって：
−  歯の方向に光を放射し、それによって前記歯を照らす、光放射手段；
−  照らされた前記歯から散乱される光を受光する、光受光手段；
−  ２つの異なる場合における前記歯の表面でのスペックルパターンを撮像するように適合される、前記光受光手段によって受光した光を検出する、光検出手段；及び
−  ２つの異なる前記スペックルパターンの相関Ｃ（ｔ）を決定するように適合される処理手段であって、前記２つの異なるスペックルパターンの前記相関Ｃ（ｔ）は、
式７
2016538903.tif 000022
として計算され、ここで、ｘ、ｙは関心領域のピクセルを示し、Ｉ（ｘ、ｙ、０）は、基準画像である、時間０における前記関心領域の測定された強度画像を示し、Ｉ（ｘ、ｙ、ｔ）は時間ｔ＞０における前記関心領域の測定された強度画像を示し、Ｉ（ｘ、ｙ、０＋δ）は、前記基準画像の直後に取られた前記関心領域の測定された強度画像を示し、上のバーは、前記画像の空間平均値を示す、処理手段；を有する、
装置。
【請求項９】
前記処理手段は、前記相関Ｃ（ｔ）の値を前記歯に歯垢の無いことに関連付けられる前記相関Ｃ（ｔ）の所定値と比較するように、及び前記相関Ｃ（ｔ）の前記値が前記所定値に対して減少することが見出される場合に前記歯垢が存在することが決定されるように、適合される、
請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記装置は、流体の流れ又はブラッシング動作の少なくとも一方の影響下で前記歯をきれいにするように適合される電動歯ブラシであり、前記装置はさらに、前記光検出手段の作動中に前記歯クリーニング手段を作動停止させるように適合される、制御手段を有する、
請求項１、３、５又は８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
前記装置のユーザに、前記歯の前記歯垢の存在に関する情報を提供する、指示手段をさらに有する、
請求項２、４、７、又は９のいずれか１項に記載の装置。
【国際調査報告】
2016538903.tif 000023
2016538903.tif 000024
2016538903.tif 000025
2016538903.tif 000026