特許 7420792 歯肉炎検出のための光学方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-15

(45)【発行日】2024-01-23

(54)【発明の名称】歯肉炎検出のための光学方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/3563 20140101AFI20240116BHJP

   G01N 21/47 20060101ALI20240116BHJP

   A61B 5/1455 20060101ALI20240116BHJP

   A61C 19/04 20060101ALI20240116BHJP

【ＦＩ】

G01N21/3563

G01N21/47 Z

A61B5/1455

A61C19/04 Z

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2021512940

(86)(22)【出願日】2019-09-04

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-01-12

(86)【国際出願番号】 EP2019073534

(87)【国際公開番号】W WO2020053042

(87)【国際公開日】2020-03-19

【審査請求日】2022-09-01

(31)【優先権主張番号】62/729,446

(32)【優先日】2018-09-11

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】590000248

【氏名又は名称】コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ

【氏名又は名称原語表記】Ｋｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ．

【住所又は居所原語表記】Ｈｉｇｈ Ｔｅｃｈ Ｃａｍｐｕｓ ５２， ５６５６ ＡＧ Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ，Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(74)【代理人】

【識別番号】100135079

【弁理士】

【氏名又は名称】宮崎 修

(72)【発明者】

【氏名】フェルムーレン，オラフ トーマス ヨハン アントニー

【審査官】井上 徹

(56)【参考文献】

【文献】欧州特許第３８５０３３８（ＥＰ，Ｂ１）

【文献】特表２０１１－５１８３３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１６－５３５６５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００８－５１０５３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】Chandra Sekhar PRASANTH et al.，In vivo inflammation mapping of periodontal disease based on diffuse reflectance spectral imaging: aclinical study，Journal of Biomedical Optics，2013年02月，Vol. 18，No. 2，PP.026019-1－026019-8

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２１／００－Ｇ０１Ｎ ２１／０１

Ｇ０１Ｎ ２１／１７－Ｇ０１Ｎ ２１／６１

Ｇ０１Ｊ ３／００－Ｇ０１Ｊ ４／０４

Ｇ０１Ｊ ７／００－Ｇ０１Ｊ ９／０４

Ａ６１Ｃ ５／００－Ａ６１Ｃ ５／９０

Ａ６１Ｃ １９／００－Ａ６１Ｃ １９／１０

Ａ６１Ｂ １／２４－Ａ６１Ｂ １／２５３

Ａ６１Ｂ ５／０６－Ａ６１Ｂ ５／２２

Ａ６１Ｂ １０／００

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

(57)【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、
組織に向かって光を放射するように構成される光エミッタと、
前記組織から反射される拡散反射光を検出するように構成される少なくとも１つの光検出器と、
前記検出される拡散反射光をそのスペクトル成分内で分析するように構成される組織炎症検出ユニットを含むコントローラと、を含み、前記組織炎症検出ユニットは、
拡散反射分光法信号が組織によって支配される前記拡散反射分光法信号の第１の波長領域からの組織寄与を決定し、
所定の波長依存関数に従った前記組織寄与を前記拡散反射分光法信号が少なくとも１つの検出可能なヘモグロビン吸収特徴を含む第２の波長領域に外挿し、
前記拡散反射分光法信号から前記外挿される組織寄与を差し引き、
組織炎症の程度を決定する、
ように構成され、
前記第1の波長領域は、６５５ｎｍよりも大きく、前記第２の波長領域は、４００ｎｍ～６５５ｎｍである、
システム。

【請求項2】

当該システムは、歯肉炎を検出するように構成される、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記組織炎症検出ユニットは、前記組織寄与を第２の波長領域内の第３の波長および第４の波長に外挿するように構成され、前記第２の波長領域内の波長は、前記第１の波長領域内の波長よりも短い、請求項１に記載のシステム。

【請求項4】

前記第２の波長領域は、４００ｎｍ～６００ｎｍである、請求項３に記載のシステム。

【請求項5】

３００μｍよりも大きいソース－検出器分離を有する拡散反射分光法プローブを更に含む、請求項１に記載のシステム。

【請求項6】

前記少なくとも１つの光検出器は、前記組織から反射される前記少なくとも第１の波長、第２の波長および第３の波長で拡散反射光を検出するように構成される、少なくとも４つの波長感受性検出器である、請求項１に記載のシステム。

【請求項7】

組織炎症を検出するシステムの作動方法であって、
前記システムは、組織に向かって光を放射するように構成される光エミッタと、前記組織から反射される拡散反射光を検出するように構成される少なくとも１つの光検出器と、前記検出される拡散反射光をそのスペクトル成分内で分析するように構成される組織炎症検出ユニットを含むコントローラと、を含み、
前記組織炎症検出ユニットが、拡散反射分光法信号が組織によって支配される前記拡散反射分光法信号の第１の波長領域内の少なくとも第１の波長および第２の波長で組織寄与を決定するステップと、
前記組織炎症検出ユニットが、前記組織寄与を、前記拡散反射分光法信号が少なくとも１つの検出可能なヘモグロビン吸収特徴を含む第２の波長領域内の第３の波長および第４の波長に外挿するステップと、
前記組織炎症検出ユニットが、前記外挿される組織寄与を、少なくとも第３の波長および第４の波長で前記拡散反射分光法信号から差し引いて、前記少なくとも第３の波長および第４の波長で第１の血液寄与および第２の血液寄与を提供するステップと、
前記組織炎症検出ユニットが、前記第１および第２の血液寄与に基づいて組織炎症の程度を決定するステップと、を含み、
前記第1の波長領域は、６５５ｎｍよりも大きく、前記第２の波長領域は、４００ｎｍ～６５５ｎｍである、
作動方法。

【請求項8】

前記組織炎症は、歯肉炎である、請求項７に記載の作動方法。

【請求項9】

前記少なくとも１つの光検出器は、４つの波長感受性検出器を含み、前記４つの波長感受性検出器が、前記組織寄与を決定するステップの前に、前記少なくとも第１の波長、第２の波長、第３の波長および第４の波長で拡散反射光を検出するステップを更に含む、請求項７に記載の作動方法。

【請求項10】

前記第１の波長および前記第２の波長は、前記第３の波長および前記第４の波長よりも長い、請求項７に記載の作動方法。

【請求項11】

前記組織寄与を外挿するステップは、所定の波長依存関数を含む、請求項７に記載の作動方法。

【請求項12】

前記光エミッタは、前記第１の波長、第２の波長、第３の波長、および第４の波長で光を放射する少なくとも４つの光源を含み、前記少なくとも４つの光源が、光を放射するステップを更に含む、請求項７に記載の作動方法。

【請求項13】

前記少なくとも１つの光検出器が、前記少なくとも４つの光源によって放射される拡散反射光を検出するステップを更に含む、請求項１２に記載の作動方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、拡散反射光を用いて、組織炎症、特に歯肉炎の存在を検出するための口腔ヘルスケアシステムおよび方法に概ね向けられている。

【背景技術】

【0002】

拡散反射分光法（ＤＲＳ）を用いる歯肉炎検出は、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る。所要の非接触モードは、所望の拡散反射成分に加えて、望ましくない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、これらの望ましくない鏡面成分は、比較的大きくなり得る。

【0003】

更に、ＤＲＳ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。

【0004】

ソース－検出器間の分離に加えて、サンプリング深さは、使用する波長によって制限される。短波長（例えば青色）は、ヘモグロビンに大いに吸収されるので、それらは光路長／深さを制限する。長波長（例えば、ＮＩＲ）は、組織からの低い散乱係数を与え、それによって、拡散散乱を通じて検出器に到達する光の量を制限する（すなわち、大部分は、順方向に透過される）。従って、正しい深さから血液特性を測定するために、ソース－検出器距離および波長の両方が考慮されなければならない。歯肉炎は、主として歯肉溝（ポケット）から始まり、それによって、炎症部位への直接的なアクセスを無効にするので、特定の波長との組み合わせにおける特定のソース－検出器分離が必要とされる。更に、これらの波長は、特定のヘモグロビン吸収構成に位置しなければならない。しかしながら、消費者のための口腔ヘルスケアシステムのためのコストおよび空間制約の故に、所要の波長の数を可能な限り小さく維持することが望ましい。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

従って、鏡面反射に対して感応性がなく且つ限られた数の波長を使用するＤＲＳ法を用いて中等度の組織炎症を検出する発明的な口腔ヘルスケアシステムおよび方法についての継続的な必要性が当該技術分野に存在する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

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、鏡面反射に対してロバスト(頑強)であり且つ最小の数の波長のみを使用する、歯肉炎を正確に検出する方法に向けられている。加えて、ＤＲＳ信号から正確な歯肉炎検出を可能にする方法は、歯の硬い組織に由来する光に対してより低い感度を有し、波長選択における特定の自由度を可能にする。

【0007】

一般的に、１つの態様では、組織炎症を検出するシステムが提供される。システムは、組織に向かって光を放射するように構成される光エミッタと、組織から反射される拡散反射光を検出するように構成される少なくとも１つの光検出器と、検出される拡散反射光をそのスペクトル成分内で分析するように構成される組織炎症検出ユニットを有するコントローラとを含む。組織炎症検出ユニットは、拡散反射分光法信号が組織によって支配される拡散反射分光法信号の第１の波長領域からの組織寄与を決定し、所定の波長依存関数に従った組織寄与を拡散反射分光法信号が少なくとも１つの検出可能なヘモグロビン吸収特徴を含む第２の波長領域に外挿し、拡散反射率信号から外挿される組織寄与を差し引き、組織炎症の程度を決定する、ように構成される。様々な態様において、システムは、歯肉炎を検出するように構成される。

【0008】

１つの実施形態において、組織炎症検出ユニットは、第１の波長領域内の６５５ｎｍよりも大きい第１の波長および第２の波長で組織寄与を決定するように構成される。

【0009】

１つの実施形態において、組織炎症検出ユニットは、組織寄与を第２の波長領域内の第３の波長および第４の波長に外挿するように構成され、第２の波長領域内の波長は、第１の波長領域内の波長よりも低い。

【0010】

１つの実施形態において、システムは、３００μｍよりも大きいソース(線源)－検出器分離を有する拡散反射分光法プローブを更に含む。

【0011】

一般的に、別の態様では、組織炎症を検出する方法が提供される。本方法は、コントローラによって、拡散反射分光法信号が組織によって支配される拡散反射分光法信号の第１の波長領域内の少なくとも第１の波長および第２の波長で組織寄与を決定するステップと、コントローラによって、組織寄与を、拡散反射分光法信号が少なくとも１つの検出可能なヘモグロビン吸収特徴を含む、第１の波長領域とは異なる第２の波長領域内の第３の波長および第４の波長に外挿するステップと、コントローラによって、外挿される組織寄与を、第３の波長および第４の波長で拡散反射分光法信号から差し引くステップと、コントローラによって、第１および第２の血液寄与に基づいて組織炎症の程度を決定するステップとを含む。様々な態様において、組織炎症は、歯肉炎である。

【0012】

１つの実施形態において、本方法は、光エミッタを用いて、組織に向かって光を放射するステップを更に含む。

【0013】

１つの実施形態において、本方法は、少なくとも３つの波長感受性検出器によって、組織寄与を決定するステップの前に、少なくとも第１の波長、第２の波長、および第３の波長で拡散反射光を検出するステップを更に含む。

【0014】

１つの実施形態において、本方法は、３００μｍより大きいソース－検出器分離を有する拡散反射分光法プローブによって拡散反射分光法信号を測定するステップを更に含む。

【0015】

１つの実施形態において、第１の波長および第２の波長は、第３の波長および第４の波長よりも長い。

【0016】

１つの実施形態において、組織寄与を外挿するステップは、所定の波長依存関数を含む。

【0017】

１つの実施形態において、本方法は、第１の波長、第２の波長、および第３の波長で光を放射する少なくとも３つの光源を用いて、組織に向かって光を放射するステップと、単一の検出器によって、少なくとも３つの光エミッタによって放射される拡散反射光を検出するステップとを更に含む。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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】

【0022】

【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表現である。

【0023】

【図1B】ある実施形態に従った計算された血液酸素化値のグラフ表現である。

【0024】

【図2】ある実施形態に従った拡散反射分光法スペクトルのグラフ表現を示している。

【0025】

【図3】ある実施形態に従った吸収スペクトルのグラフ表現を示している。

【0026】

【図4】ある実施形態に従った歯肉炎を検出するために組織炎症を決定するための方法のフローチャートである。

【0027】

【図5】ある実施形態に従った歯肉炎を検出するためのシステムの概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

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、望ましくない鏡面反射に対して感受性がなく且つ限られた数の波長を使用するようなシステムおよび方法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、光エミッタと、少なくとも１つの光検出器と、受光された光をそのスペクトル成分で分析する特殊化されたアルゴリズムでプログラムされたコントローラとを含む。コントローラは、（ｉ）血液寄与が最小である波長を用いて組織寄与を決定し、（ｉｉ）この寄与を、ＤＲＳ信号が明瞭なヘモグロビン吸収特徴を示す別の波長領域に外挿し、（ｉｉｉ）反射信号から抽出された組織寄与を差し引いて、血液寄与を取得し、（ｉｖ）血液寄与を用いて１つ以上のヘモグロビンパラメータを決定するように、広く構成される。

【0029】

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。適切な口腔ケアデバイスの例は、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もしくは歯科専門口腔ヘルスケアデバイスを含む。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。

【0030】

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。

【0031】

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、個人が自分の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ときにのみ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。

【0032】

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、この指数は限定的な感度を有し、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コア描出指数（ＣＲＩ：Core Rendering Index）を有し得る。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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１Ａにおいて、鏡面反射は、無色であり、各ＤＲＳスペクトルについてオフセットをもたらす。図１Ｂにおいて、血液酸素化値は、Hanioka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。図１Ｂにおいて、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。鏡面反射が大きな誤差をもたらし得ることが明らかである。

【0036】

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、他のシステムは、各色が分析のために必要とされるスペクトル帯域を含む色順次的な照明(color sequential illumination)を含む。別の選択肢は、受け取った光を異なる経路に分割し、帯域フィルタを適用して所要のスペクトル帯域を達成することである。これらの他の選択肢に関して、消費者用の口腔ヘルスケアシステムのコストおよび空間制約の故に、必要とされる波長の数を可能な限り小さく維持することが望ましい。

【0037】

本開示の特定の実施形態の利用の特定の目標は、鏡面反射に対して感受性がなく、歯の硬い組織に由来する光に対してより低い感度を有し、最小数の波長を使用し、波長選択における自由度を可能にする、ＤＲＳ信号からの正確な歯肉炎検出を可能にすることである。

【0038】

図２、図３および図４を参照すると、一実施形態では、拡散反射光を用いて歯肉炎を検出する方法がある。図２は、測定されたＤＲＳスペクトルを示している。図３は、オキシヘモグロビンおよびデオキシヘモグロビンの両方のヘモグロビンの吸収スペクトルを示している。図４は、拡散反射光を用いて歯肉炎を検出するためのステップのフローチャートを示している。鏡面反射は無色であるので、それはＤＲＳ信号におけるＤＣオフセットを示す。ある程度の誤差を考慮すると、組織の寄与（すなわち、９４０ｎｍを下回る散乱およびメラニン吸収および水）は、適切な線形関数を用いてモデル化され得ることが明らかである。より長い波長について、反射信号は、組織によって支配される（すなわち、血液吸収は、低い有意な寄与を有する）。上記に基づいて、血液寄与が最小である波長を用いて組織寄与を決定し、この寄与を、ＤＲＳ信号が明確なヘモグロビン吸収特徴を示す別の波長領域に外挿し、反射信号から抽出された組織寄与を差し引いて血液寄与を取得し、組織血液寄与を用いてヘモグロビンパラメータを計算することを提案する。

【0039】

図３に見ることができるように、６００ｎｍ～６５０ｎｍの間の領域は、酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンとの間の大きな差を示すが、依然として合理的に関連する吸収レベルにある。６５０ｎｍ前後から先で、ヘモグロビンにおける吸収は低くなるので、ＤＲＳスペクトルは、組織によって支配される。約９１５ｎｍから開始した先では、水が優勢になる。図２を参照すると、この例では、４つの波長が、赤色／近赤外（ＮＩＲ）領域から選択され、２つは第１の波長領域内にあり、２つは第２の波長領域内にある。各領域において２つの波長読取値を取ることによって、比較計算を容易に実行することができる。しかしながら、少なくとも３つの波長の合計または４つよりも多い波長の合計さえも使用して、計算を比較することができることを理解することができる。赤色領域への推定される組織寄与を外挿するために、より長い２つの波長（図２に示す例では７０９ｎｍおよび７４５ｎｍ）を使用する。次に、より短い２つの波長（６３２ｎｍおよび６５５ｎｍ）で、外挿された組織寄与からＤＲＳ信号を差し引くことによって、血液寄与を計算することができる。次に、ヘモグロビンについての既知の吸収係数と計算された血液寄与とを用いて、所望のデオキシヘモグロビン濃度およびオキシヘモグロビン濃度［Ｈｂ］および［ＨｂＯ２］を計算することができる。

【0040】

図４を参照すると、１つの実施形態では、拡散反射光を用いて歯肉炎を検出する方法１００のためのステップのフローチャートがある。ある実施形態によれば、１つ以上の光エミッタと光検出器とを有する、図５に示すようなシステム６００が、歯肉からの拡散反射光を検出するために設けられ、検出された光は、処理または分析のためにコントローラに通信され或いは他の方法で送信される。方法のステップＳ１１０で、（図５に示されるような）コントローラまたはアナライザ６１３(分析器)が、ヘモグロビンが比較的低い吸収を有する波長領域からの組織寄与を決定する。組織勾配を以下のように計算することができる。

【数1】

ここで、
（外１）

は、波長λでの測定された拡散反射率を表し、λ_１．．λ_ｎは、サンプル波長を表しており、ｎ≧である。図２に示す例を用いるとき、より長い２つの波長（７０９ｎｍおよび７４５ｎｍ）を用いることができる。

【0041】

方法のステップＳ１２０で、コントローラまたはアナライザは、所定の波長依存関数に従った組織寄与を１つ以上の検出可能なヘモグロビン吸収特徴を有するスペクトル内の別の領域に外挿する。図２に示す例を用いるとき、組織寄与は、２つのより短い波長（６３２ｎｍおよび６５５ｎｍ）に外挿される。外挿を以下のように計算することができる。

【数2】

ここで、
（外２）

は、λ_ｂでの外挿された組織寄与を表している。

【0042】

方法のステップＳ１３０で、コントローラまたはアナライザは、測定された拡散反射率信号からより短い２つの波長で外挿された組織寄与を差し引いて、以下の計算に従ったより短い２つの波長での組織血液寄与を取得する。

【数3】

ここで、
（外３）

は、波長λ_ｂで計算される組織血液寄与を表している。図２に描く例において、２つのより短い波長は、６３２ｎｍおよび６５５ｎｍである。式（３）の減算における両方の項は、等しい鏡面反射寄与を含むので、計算された血液寄与は、鏡面反射寄与がない。

【0043】

本方法のステップＳ１４０で、コントローラまたはアナライザは、ヘモグロビンパラメータを決定して、組織炎症を確認する。例えば、酸素化濃度および脱酸素化濃度は、ヘモグロビンについての既知の吸収係数ならびに６３２ｎｍおよび６５５ｎｍにおける計算された組織血液寄与を用いて測定されることができる。酸素化濃度および脱酸素化濃度をそれぞれ測定するために以下の計算を用いることができる。

【数4】

【数5】

総ヘモグロビン濃度を得るために、決定された酸素化濃度および脱酸素化濃度を以下のように互いに加えることができる。

【数6】

酸素飽和度を以下の計算に従って決定することができる。

【数7】

【0044】

ある実施形態によれば、上記（４）および（５）に記載したように、６３２ｎｍおよび６５５ｎｍにおける残余の血液寄与から酸素化濃度および脱酸素化濃度を決定する代わりに、等方性波長λ１、例えば、（波長選択を制限することができる）５８４ｎｍおよび８００ｎｍを使用して、総ヘモグロビン濃度および酸素化濃度および脱酸素化濃度を以下のように決定することもできる。

【数8】

【0045】

（中間補間組織値を除く）全ての計算は、オフセット（鏡面反射）に依存しない。全ての計算では、光路長がどこでも等しいと仮定される。加えて、計算値は、実数でなく、むしろ見かけの値を表している。よって、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、鏡面反射に対して感受性のないＤＲＳ信号からの正確な歯肉炎検出を可能にする。従って、本明細書に記載するような発明的なシステムおよび方法は、非歯肉組織または歯の硬い組織に由来する光に対する感受性がより少ない。

【0046】

選択される波長の数は、例えば、ノイズ低減および／または組織外挿のために高次多項式を使用することによって、精度を高めるために、４つ以上（≧４）であることができる。有利には、本明細書に記載する本発明のシステムおよび方法は、一例として４つの波長を使用するＤＲＳ信号からの正確な歯肉炎検出を可能にし、それはより多くの波長を使用する従来的なシステムよりも費用効率的であるが、３つの波長を使用するシステムは、本明細書に開示する発明的なシステムおよび方法を使用しても実現可能である。更に、本明細書に記載する発明的なシステムおよび方法は、使用される波長の選択に関して特定の自由度を可能にする。

【0047】

本明細書に記載するように、歯肉炎を検出するためには、より低いヘモグロビン吸収赤色／ＮＩＲ波長を使用する、すなわち、高吸収性青色および緑色波長領域を使用しない、＞３００μｍのソース－検出器分離を有する十分に深いサンプリング深さを達成することが望ましい。図５を参照すると、１つの実施形態では、組織炎症および歯肉炎を検出するための例示的なシステム６００がある。システム６００は、光エミッタ６０２と、複数の個別の波長感受性検出器６０６_１－ｎとを含む。本明細書に記載する例は、４つの別個の波長を使用するシステムおよび方法に言及するが、４つよりも多くの波長感受性検出器を使用するシステムを使用することができ、３つの波長を使用するシステムも使用することができる。本明細書に記載する例では、４つの別個の波長感受性検出器、すなわち、第１の波長領域内の２つの波長感受性光検出器および第２の波長領域内の２つの波長感受性光検出器が記載されている。エミッタ６０２は、組織６０４に向かって光を放射するように構成された単一の広帯域ソースを含む。４つの波長を有する実施形態によれば、検出器６０６１－ｎは、組織６０４からの拡散反射光を、それぞれ、波長６５５ｎｍ、６３２ｎｍ、７０９ｎｍ、および７４５ｎｍで検出するように構成される。検出器６０６_１は、７０９ｎｍでλ_１を検出するように構成されることができ、検出器６０６_２は、７４５ｎｍでλ_２を検出するように構成されることができ、検出器６０６_３は、６３２ｎｍでλ_３を検出するように構成されることができ、検出器６０６_４は、６５５ｎｍでλ_４を検出するように構成されることができる。第１および第２の波長領域内の任意の２つの異なる波長を使用し得ることを理解し得る。システム６００は、組織炎症検出ユニット６１４と上述のようなアルゴリズムとを有するコントローラ６１３を更に含む。

【0048】

ある実施形態によれば、システム６００は、３００μｍよりも大きいソース－検出器分離を有するＤＲＳプローブ６０７を含む。プローブのソースは、エミッタ６０２に連結されることができ、プローブの検出器は、検出された光を、例えば、スプリッタを介して、検出器６０６１－ｎに送達するように構成されることができる。多くのＤＲＳプローブ構成が可能であるが、最も一般的なものは、１つの検出ファイバに隣接する１つのソースファイバから構成される。他の構成は、例えば、６つの検出ファイバに囲まれた１本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１つだけの単一ソースファイバである。

【0049】

ある実施形態によれば、システム６００は、外挿誤差を減少させるために、組織外挿のための３つの波長、または４つ、５つもしくはそれよりも多くの波長を含むことができる。代替的に、システム６００は、外挿誤差を減少させるために、組織外挿のための第２度多項式を含むことができる。

【0050】

ある実施形態によれば、複数の別個の検出器の代わりに、システム６００は、（光検出器を有する）同調可能な帯域フィルタの形態の単一の検出器、分光器、または任意の適切な代替物を含むことができる。

【0051】

ある実施形態によれば、単一の広帯域ソースの代わりに、システム６００は、所要のスペクトル特性を有する４つ以上の別個のソースまたはエミッタと、受信器端にある単一の検出器とを含むことができる。

【0052】

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、鏡面反射に対して感受性がなく且つ限定された数の波長を使用するＤＲＳ法を使用して、正確な歯肉炎検出を可能にする。

【0053】

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。

【0054】

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。

【0055】

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。

【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、「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。

【0057】

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。

【0058】

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。

【0059】

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。

【0060】

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】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】