ДВУХЧАСТОТНОЕ ОБСЛЕДОВАНИЕ СОСТОЯНИЯ ЗУБОВ Российский патент 2021 года по МПК A61B6/14 A61C19/04 G01N21/64 

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к обследованию структур полости рта для идентификации кариозных областей. А именно, настоящее изобретение относится к системам и способам для возбуждения автофлюоресценции структур полости рта и анализа их изображений для дифференциации между зубными поверхностями, покрытыми зубным налетом, и чистыми поверхностями и обнаружения кариозных поражений.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

При традиционной методике QLF (возбуждение с помощью излучения, имеющего пиковую длину волны примерно 405 нм, и захват изображения с длинноволновым желтым фильтром или фильтром, блокирующим возбуждающее излучение) с помощью камеры или невооруженным глазом можно получить изображение флюоресценции порфиринов, производимых активными бактериями во внутриротовой среде, поскольку они отображаются красным цветом по сравнению со здоровыми зубами.

Традиционный способ, таким образом, визуализирует налет, покрывающий зуб, относительно его чистой поверхности.

Ранний (молодой) налет (менее 3-х дней) трудно отличить таким образом, поскольку имеется низкий контраст между областями, покрытыми и не покрытыми налетом. Обнаружить легко только налет старше 3-5 дней.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Представлено решение для обнаружения красной флюоресценции молодого налета с более высокой чувствительностью и специфичностью, чем в традиционном способе.

Один вариант осуществления в соответствии с настоящим раскрытием является устройством, системой или набором, который включает в себя осветительные элементы, которые обеспечивают падающее излучение с пиковой длиной волны примерно 405 нм и примерно 450 нм, соответственно. Соответствующие осветительные элементы запитываются по-отдельности, и захватывается флюоресценция зубных тканей под воздействием соответствующих излучений через длинноволновой фильтр (имеющий предпочтительную частоту отсечки при 520 нм) на отдельных изображениях. Изображения обрабатывают так, чтобы можно было получить доступ к частям соответствующих изображений, которые относятся к одному и тому же физическому местоположению на зубных тканях. Создается новое изображение как функция значений каналов красного цвета и зеленого цвета из соответствующих изображений, включающее в себя базовое изображение плюс наложение, при этом каждый пиксель или область выбирается как функция этих каналов красного и зеленого цветов. В вариациях этого варианта осуществления осветительные элементы с большей длиной волны имеют пик в диапазоне 430-490 нм, а фильтр имеет соответствующую частоту отсечки в диапазоне 440-540 нм.

В других вариациях выход является функцией соотношения отношений, где числитель является отношением интенсивности канала красного цвета под воздействием падающего излучения большей длины волны к интенсивности канала красного цвета под воздействием падающего излучения более короткой длины волны, а знаменатель является отношением интенсивности канала зеленого цвета под воздействием падающего излучения большей длины волны к интенсивности канала зеленого цвета под воздействием падающего излучения более короткой длины волны. Это отношение может смещаться и масштабироваться для удовлетворения множества потенциальных предполагаемых контекстов вывода, как будет понятно специалистам в области техники с учетом этого раскрытия.

Другой вариант осуществления является способом отображения или обследования состояния зубной ткани. Излучением, имеющим пиковую длину волны примерно 405 нм, освещают зубную ткань, и генерируемую флюоресценцию пропускают через длинноволновый фильтр (имеющий частоту отсечки примерно 520 нм) и захватывают как первое цифровое изображение. Излучение на 405 нм выключают и освещают излучением, имеющим пиковую длину волны примерно 450 нм. Генерируемую флюоресценцию аналогичным образом пропускают через длинноволновый фильтр и захватывают как второе цифровое изображение. Изображения совмещают и генерируют выход (как было описано выше) как функцию обоих изображений.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 является схематическим видом системы для захвата и анализа изображений в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего раскрытия.

Фиг. 2 является примерным графиком автофлюоресцентных откликов здоровой и кариозной ткани зуба под воздействием 405 нм и 450 нм падающего излучения.

ОПИСАНИЕ

С целью обеспечения понимания принципов настоящего изобретения теперь будет сделана ссылка на вариант осуществления, изображенный на чертежах, и для этого будут использоваться конкретные формулировки. Однако следует понимать, что это не ограничивает объем изобретения; предполагается, что любые изменения и дополнительные модификации описанных или изображенных вариантов осуществления и дополнительные применения принципов изобретения, проиллюстрированного здесь, будут очевидны специалисту в области техники, к которой относится изобретение.

В общем, одна форма настоящей системы освещает излучением на примерно 405 нм зубную ткань и захватывает отфильтрованное изображение этой ткани, затем освещает излучением на примерно 450 нм зубную ткань и захватывает отфильтрованное изображение этой ткани. Изображения автоматически совмещаются, и соответствующие изображения анализируются в каждом пикселе поверхности ткани. В некоторых вариантах осуществления этой формы выходное изображение генерируется с дополнительными данными (такими как некоторый цвет), наложенными для указания кариозной ткани. В других вариантах осуществления используется спектр цветов и/или скользящая шкала оттенков, интенсивности, альфа-уровня или других характеристик для изображения обнаруженного возраста поражения.

В данном обсуждении используются данные, изображенные на фиг. 2, а именно, что чистые и кариозные ткани зуба имеют различные автофлюоресцентные отклики под воздействием падающего излучения с длинами волн около 405 нм и 450 нм. Эти графики обеспечивают визуализацию данных, захваченных многоспектральной камерой, где каждая кривая была нормализована при 580 нм. Как видно на фиг. 2, чистая ткань флуоресцирует больше, чем молодой налет, на меньших длинах волн (в зеленой части видимого участка спектра) и меньше, чем молодой налет, на больших (красных) длинах волн под воздействием падающего излучения на 405 нм, в то время как под воздействием падающего излучения на 450 нм чистая ткань и молодой налет флуоресцируют примерно одинаково в зеленом диапазоне, при этом имеется расхождение (молодой налет флуоресцирует больше) в красном диапазоне.

Обращаясь к фиг. 1, система 100 включает в себя камеру 102, выполненную с возможностью захвата изображений через длинноволновой фильтр 104. В этом варианте осуществления кольцо 106 в общем является кольцеобразным и имеет множество осветительных элементов, которые включает в себя СИД 108 на 405 нм и СИД 109 на 450 нм. Кольцо 106 расположено вокруг периметра передней стороны камеры 102 или длинноволнового фильтра 104, так что СИД 108, 109 испускают свое излучение практически вдоль оптической оси камеры 102. Выход камеры 102 связан с устройством 110 обработки изображений, которое в этом варианте осуществления создает вывод для просмотра человеком через дисплей 120.

При работе система 100 может использоваться для того, чтобы оценивать, диагностировать или характеризовать состояние одного или более зубов 130 пациента. С этой целью камера 102 направлена в общем направлении рта 135 пациента и сфокусирована на зубах 130 пациента. В некоторых вариантах осуществления эта операция фокусировки производится вручную, в то время как в других она производится автоматически с использованием цифровых или оптических методик, как будет понятно специалистам в области техники. В некоторых вариантах осуществления фокусировка происходит с использованием одного или более осветительных элементов на кольце 106, а в некоторых вариантах осуществления фокусировка происходит с использованием окружающего света и/или белого света от другого источника (не показан).

Система 100 затем захватывает два изображения, как будет теперь обсуждаться. На первый набор СИД 108 на кольце 106 подается питание, подвергая зубы 130 пациента воздействию падающего излучения, имеющего пиковую длину волны примерно 405 нм. Зубы 130 пациента затем по-разному автофлюоресцируют, как хорошо известно в области техники, в том числе как описано в патентах США № 6231338, 7813787 и 7813790. Длинноволновой фильтр 104 отфильтровывает излучение, возникающее от флюоресценции зубов 130 пациента, и камера 102 захватывает отфильтрованное излучение как первое изображение.

Затем питание на первом наборе СИД 108 на кольце 106 отключается, и подают питание на второй набор СИД 109 на кольце 106, подвергая зубы 130 пациента воздействию падающего излучения, имеющему пиковую длину волны примерно 450 нм. Зубы пациента 130 затем по-разному автофлюоресцируют немного другим образом (см. фиг. 2), длинноволновой фильтр 104 отфильтровывает излучение, возникающее от автофлюоресценции, и камера 102 захватывает второе изображение.

Устройство 110 обработки изображений принимает эти два изображения от камеры 102, помещает их в одно и то же положение, посредством чего сравнимое так, что над пикселями, извлеченными из каждого изображения, которые соответствуют одному и тому же местоположению на зубах 130 пациента, могут быть совершены математические операции. Могут использоваться различные методики, известные специалистам в области техники, для этого этапа перепозиционирования или «совмещения». В некоторых вариантах осуществления второе изображение автоматически выбирается из видеопотока автоматической системой, которая сравнивает первое изображение (взятое под воздействием СИД 108) с каждым кадром видеопотока (взятого под воздействием СИД 109) до тех пор, пока не будет найден и захвачен в достаточной мере совмещенный кадр. Одна иллюстративная методика динамического сравнения показана в патенте США 6597934, но могут использоваться и другие методики, как будет понятно специалистам в области техники.

Устройство 110 обработки изображений затем производит выходное изображение, причем визуальные компоненты каждого пикселя являются функцией значений цвета пикселей, извлеченных из соответствующих положений на двух входных изображениях. В некоторых формах настоящего варианта осуществления выходной пиксель вычисляется как

где α является постоянной масштабирования, β является константой, которая смещает результат в требуемый диапазон, значения R_450нм, R_405нм, G_405нм и G_450нм одного цвета пикселя являются значениями красного или зеленого цвета пикселя на изображении, захваченном под воздействием падающего излучения указанной частоты, и G_pix. В некоторых вариантах осуществления β является функцией оптических свойств используемого оборудования; эмпирических данных касательно относительных значений R_450нм, R_405нм, G_405нм и G_450нм пикселей; и/или предполагаемого последующего использования G_pix.

В одном варианте осуществления, изображенном на фиг. 1, устройство 110 обработки изображений создает один из двух типов изображений для отображения на устройстве 120 отображения. В одном типе изображения выходное изображение конструируется из красного, синего и зеленого каналов, где синий и зеленый каналы выбираются как функция общей яркости исходных изображений в этом местоположении пикселя (например, (R_405нм +R_450нм+G_405нм+G_450нм+B_405нм+B_450нм)/6), а красным каналом является G_pix.

Другой тип изображения генерируется в некоторых вариантах осуществления путем создания базового изображения, которое берет среднее соответствующих значений цветов пикселя из каждого канала исходных изображений, затем накладывает цвет как функцию G_pix в этом местоположении. В некоторых вариантах осуществления это наложение является константой, ярко красной, когда G_pix превышает конкретный порог в этом местоположении. В других вариантах осуществления наложение имеет красный цвет, который регулируется по яркости как функция G_pix (например, когда и красный канал R выходного изображения, и G_pix принимают значения 0-255, R=128+(G_pix/2)). В других вариантах осуществления базовое изображение является третьим изображением, захваченным под белым светом, или откорректированной по цвету версией одного или обоих изображений, захваченных под воздействием СИД 108 и/или 109. В других вариантах осуществления цвет выходного пикселя выбирается так, чтобы иметь оттенок, альфа-значение, яркость или другую характеристику, которая меняется в зависимости от G_pix.

Таким образом, один способ обследования состояния зубных тканей включает в себя освещение зубных тканей излучением на 405 нм, фильтрацию флюоресценции, выполняемую через длинноволновой фильтр, имеющий частоту отсечки примерно 520 нм, и захват первого изображения. Затем освещают излучением на 450 нм, возникающую флюоресценцию аналогично пропускают через длинноволновой фильтр и захватывают второе изображение. Эти два изображения анализируют для определения того, как картировать соответствующие части каждого изображения с зубной тканью и/или конкретными положениями, и генерируют выход как функцию одного или двух цветовых компонентов первого и второго изображений в соответствующих точках, относящихся к одной и той же части ткани.

Различная активность по обработке изображений, выполняемая различными вариантами осуществления этой системы и способа, реализуется с использованием специального программирования, сохраненного в запоминающем устройстве и исполняемого процессором, все это понятно специалистам в области техники. Например, «устройство обработки изображений», упоминаемое в этом примере, включает в себя процессор, выполненный с возможностью связи с памятью, входным интерфейсом(ами), выходным интерфейсом(ами) и сетевым интерфейсом. Память хранит множество данных, но также в ней закодированы инструкции программирования, которые исполняются для выполнения описанных функций. Питание, земля, тактовый и другие сигналы и схемы используются по мере необходимости, как будет понятно и легко реализовано специалистами в области техники.

Сетевой интерфейс соединяет компьютер с сетью передачи данных для передачи данных между компьютером и другими устройствами, соединенными с сетью передачи данных, такой как сотовая, спутниковая, Wi-Fi, WiMAX или другая система, как будет понятно специалистам в области техники. Входной интерфейс(ы) управляет связью между процессором и одним или более сенсорными экранами, датчиками, кнопками, UART, IR и/или RF приемниками или приемопередатчиками, декодерами или другими устройствами, а также традиционной клавиатурой и мышью. Выходной интерфейс(ы) обеспечивает видеосигнал для дисплея и может обеспечивать сигналы для одного или более дополнительных устройств вывода, таких как СИД, ЖКД или устройства аудиовывода, локальные мультимедийные устройства, локальные устройства уведомления или комбинация этих и других устройств вывода и методик, как будет понятно специалистам в области техники.

Процессор в некоторых вариантах осуществления является микроконтроллером, графическим процессором, блоком ускоренной обработки или универсальным микропроцессором, который считывает свою программу из памяти. Процессор может состоять из одного или более компонентов, выполненных как единый блок. Альтернативно, в многокомпонентной форме процессор может иметь один или более компонентов, расположенных удаленно относительно других. Один или более компонентов процессора могут быть электронной разновидности, в том числе цифровой схемой, аналоговой схемой или обоими. В некоторых вариантах осуществления процессор имеет традиционную конструкцию микропроцессора в виде интегральной схемы, такую как один или более процессоров CORE i3, i5 или i7 от INTEL Corporation, 2200 Mission College Boulevard, Santa Clara, California 95052, USA, или процессоров SEMPRON, ATHLON или A-Series от Advanced Micro Devices, One AMD Place, Sunnyvale, California 94088, USA. В некоторых вариантах осуществления могут использоваться один или более процессоров компьютера с сокращенной системой команд (RISC), графических процессоров (GPU), специализированных интегральных схем (ASIC), универсальных микропроцессоров, программируемых логических матриц, блоков управления двигателем или других устройств отдельно или в комбинации, как будет понятно специалистам в области техники.

Аналогично, память в различных вариантах осуществления включает в себя один или более типов, таких как твердотельная электронная память, магнитная память или оптическая память, причем названы лишь некоторые из них. В качестве неограничивающего примера память может включать в себя твердотельную оперативную память (RAM), память с последовательным доступом (SAM) (такую как память разновидности «Первым пришел»-«Первым вышел» (FIFO) или разновидности «Последним пришел»-«Первым вышел» (LIFO)), программируемую постоянную память (PROM), электрически программируемую постоянную память (EPROM) или электрически стираемую программируемую постоянную память (EEPROМ); память на оптическом диске (такую как записываемый, перезаписываемый или доступный только для чтения DVD или CD-ROM); носитель на жестком диске, гибком диске, ленте или кассете с магнитным кодированием; твердотельный или гибридный диск; или множество и/или комбинация этих типов памяти. Кроме того, память в различных вариантах осуществления является энергозависимой, энергонезависимой или гибридной комбинацией энергозависимой и энергонезависимой разновидностей долговременного сигнала.

Когда в настоящем описании описывается действие как происходящее «как функция» чего-то конкретного, система выполнена с возможностью того, что действие совершается по-разному в зависимости от идентичности либо одной или более других характеристик этого чего-то.

Все публикации, предшествующие заявке и другие документы, цитируемые в настоящем описании, настоящим полностью включены по ссылке, как если бы каждый из них был индивидуально включен посредством ссылки и полностью изложен. Хотя изобретение было подробно проиллюстрировано и описано на чертежах и в приведенном выше описании, это следует рассматривать иллюстративным и не ограничивающим по своему характеру, понятно, что был показан и описан лишь предпочтительный вариант осуществления, и что все изменения и модификации, которые находятся в пределах сущности изобретения, должны находиться под правовой защитой.

Группа изобретений относится к медицине, а именно к стоматологии, и может быть использована для визуального обследования зубной ткани. Излучение, имеющее более низкую пиковую длину волны, освещает зубную ткань, и захватывается изображение. Затем излучение, имеющее более высокую пиковую длину волны, освещает ту же самую зубную ткань, и захватывается второе изображение. Изображения совмещают и создают выходное изображение на основании одного из первого изображения и второго изображения. Выходное изображение изменяют в некоторых областях функции модификации, которая является функцией как отношения второго значения для красного цвета к первому значению для красного цвета, так и отношения первого значения для зеленого цвета и ко второму значению для зеленого цвета. Система и способ обеспечивают улучшение возможности визуального контроля новой разрушающейся или кариозной ткани за счет формирования изображений флюоресценции зубных тканей под воздействием соответствующих излучений. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Система для визуального обследования зубной ткани, содержащая:

первый источник излучения, имеющий первую пиковую длину волны, которая составляет по меньшей мере 400 нм и не более 410 нм;

второй источник излучения, имеющий вторую пиковую длину волны, которая составляет по меньшей мере 415 нм и не более 500 нм;

процессор;

блок визуализации; и

память, выполненную с возможностью связи с процессором, причем память хранит инструкции программирования, исполняемые процессором для:

захвата первого изображения зубной ткани под воздействием первого излучения с помощью блока визуализации;

захвата второго изображения зубной ткани под воздействием второго излучения с помощью блока визуализации;

определения первого значения для красного цвета и первого значения для зеленого цвета, связанных с точкой на зубной ткани, показанной на первом изображении;

определения второго значения для красного цвета и второго значения для зеленого цвета, связанных с точкой на зубной ткани, показанной на втором изображении;

создания третьего изображения зубной ткани, причем часть третьего изображения, изображающая точку на зубной ткани, настроена с использованием функции модификации, которая является функцией как

(i) отношения второго значения для красного цвета к первому значению для красного цвета, так и

(ii) отношения первого значения для зеленого цвета ко второму значению для зеленого цвета.

2. Система по п. 1, причем функция модификации также является функцией:

отношения второго значения для красного цвета к первому значению для красного цвета, умноженному на

отношение первого значения для зеленого цвета ко второму значению для зеленого цвета.

3. Система по п. 1, причем функция модификации также является функцией G_pix, где α является постоянной масштабирования, β является константой, которая смещает G_pix в требуемый диапазон, и:

G_pix=(1-(R_450нм/R_405нм)*(G_405нм/G_450нм)+β)* α.

4. Система по п. 3, причем в частях третьего изображения, в которых G_pix превышает заданный порог, настройка увеличивает яркость таких частей относительно оставшихся частей третьего изображения.

5. Система по п. 3, причем в частях третьего изображения, в которых G_pix превышает заданный порог, настройка увеличивает интенсивность в канале красного цвета таких частей относительно оставшихся частей третьего изображения.

6. Система по п. 1, причем настройка является изменением оттенка, альфа-значения или яркости части третьего изображения.

7. Система по п. 1,

дополнительно содержащая дисплей; и

причем инструкции программирования дополнительно исполняются процессором для показа третьего изображения на дисплее.

8. Система по п. 1,

дополнительно содержащая энергонезависимое запоминающее устройство; и

причем инструкции программирования дополнительно исполняются процессором для сохранения третьего изображения в энергонезависимом запоминающем устройстве.

9. Система по п. 1, причем:

первая пиковая длина волны равна 405 нм; и

вторая пиковая длина волны равна 450 нм.

10. Способ обследования состояния зубной ткани, содержащий этапы, на которых:

освещают зубную ткань с помощью первого излучения, имеющего первую пиковую длину волны, которая составляет по меньшей мере 400 нм и не более 410 нм, и захватывают первое изображение зубной ткани;

освещают зубную ткань с помощью второго излучения, имеющего вторую пиковую длину волны, которая составляет по меньшей мере 415 нм и не более 500 нм, и захватывают второе изображение зубной ткани;

определяют первое значение для красного цвета и первое значение для зеленого цвета, связанные с точкой на зубной ткани, показанной на первом изображении;

определяют второе значение для красного цвета и второе значение для зеленого цвета, связанные с точкой на зубной ткани, показанной на втором изображении;

создают третье изображение зубной ткани, причем часть третьего изображения, изображающая точку на зубной ткани, настроена с использованием функции модификации, которая является функцией как

(i) отношения второго значения для красного цвета к первому значению для красного цвета, так и

(ii) отношения первого значения для зеленого цвета и ко второму значению для зеленого цвета.

11. Способ по п. 10, причем функция модификации также является функцией:

отношения второго значения для красного цвета к первому значению для красного цвета, умноженному на

отношение первого значения для зеленого цвета ко второму значению для зеленого цвета.

12. Способ по п. 10, причем функция модификации также является функцией G_pix, где α является постоянной масштабирования, β является константой, которая смещает G_pix в требуемый диапазон, и:

G_pix=(1-(R_450нм/R_405нм)*(G_405нм/G_450нм)+β)*α.

13. Способ по п. 12, причем настройка увеличивает яркость частей третьего изображения, в которых G_pix превышает заданный порог.

14. Способ по п. 12, причем настройка увеличивает интенсивность в канале красного цвета частей третьего изображения, в которых G_pix превышает заданный порог.

15. Способ по п. 10, причем настройка является изменением оттенка, альфа-значения или яркости части третьего изображения.

16. Способ по п. 10,

дополнительно содержащий дисплей; и

причем инструкции программирования дополнительно исполняются процессором для показа третьего изображения на дисплее.

17. Способ по п. 10,

дополнительно содержащий энергонезависимое запоминающее устройство; и

причем инструкции программирования дополнительно исполняются процессором для сохранения третьего изображения в энергонезависимом запоминающем устройстве.

18. Способ по п. 10, причем:

первая пиковая длина волны равна 405 нм; и

вторая пиковая длина волны равна 450 нм.