使用红外线光热辐射测量（PTR）和调制激光发光（LUM）进行牙齿缺陷诊断的方法和装置制造方法及图纸

提供了一种高空间分辨率的动态诊断仪器，其可以测量来自于口腔内牙齿的缺陷、脱矿化、再矿化和蛀蚀的激光诱导的频域红外线光热辐射测量和交流（ａｃ）调制发光信号。重点在于这种仪器处理重要问题的能力，例如，检测、诊断和现场监视蛀蚀损伤、和／或咬合面坑和裂缝、光滑的表面以及牙齿之间的邻间区域的缺陷，这些通常都是Ｘ射线的射线照相或可视检查所检测不出来的。本仪器也能够检测早期脱矿化的牙齿区域，和／或再矿化的牙齿区域以及沿修复物边缘的缺陷。通过使用多阵列红外线照相机，这种检查局部点的能力可以被扩展到对目标牙齿的亚表面进行调制成像。提供了该仪器的两种配置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及基于激光频域红外线光热辐射测量(以下称为FD-PTR, 或简单地称为PTR)和频域发光(以下称为FD-LUM，或简单地称为 LUM)的装置，该装置用于检测牙齿缺陷、硬组织的脱矿化和/或再矿化、 在修复物周围的缺陷和口腔内蛀蚀。
技术介绍
如今，随着氟化物的广泛使用，极大地减少了蛀蚀的流行，尤其是光 滑表面的蛀蚀的流行。但是对于该问题的临床处理来说，能够检测和监视 在牙釉质、牙本质、牙根表面或牙齿修复物的上面或底下的早期脱J户化的 无创、非接触技术的U是必要的。 一种基于由辐射吸收和非辐射能量转 换引起的小幅温度上升而导致的对浑浊介质的调制热红外线(黑体或普朗 克辐射)响应的新的生物热光子(biothermophotonic)技术已经被提出。因此，PTR具有穿透能力，能够M光学成〗象的能力范围而产生关 于不透明介质的信息。特别是，热波对穿透深度的频率依赖性使得可以进 行材料的深度轮廓分析。在针对诸如牙齿硬组织之类的混浊介质的PTR 应用中，通过两种不同模式从光热能量转换和入射激光能量的传输来获得 深度信息，这两种不同模式为传导式，从接近表面的距离(50~500nm)处祁^据牙釉质的热扩散率来控制；以及辐射式，通过来自与广泛ft射的激 光诱导光场的光穿透程度(几mm)相当的很深区域的黑体辐射来获得深 度信息。改进的诊断能力以及显著更高的光对于组织的的损坏门限的趋势是 使用频域技术，该频域技术作为补充或代替脉冲激光的光热或光声检测的 下一代技术，对^t射介质中光子传播的物理现象保持应有的关注。用于牙 齿诊断、检测和J^HJ^视的激光生物热光子技术被认为是有前景的技术， 是对牙釉质的激光诱导荧光现象或对由蛀蚀组织中存在的卟啉类化合物 所导致的荧光现象的补充[R. Hibst, K. Konig， Device for Detecting Dental Caries, US Pat, 5,306,144 (1994)]。将频域激光红外线光热辐射 测量(PTR)的深度轮廓分析能力应用到牙齿缺陷检查的第一次尝试是在 Mandelis等人的[A. Mandelis, L. Nicolaides, C. Feng， and S. H. Abrams， Novel Dental Depth Profilometric Imaging Using Simultaneous Frequency-Domain Infrared Photothermal Radiometry and Laser Luminescence, Biomedical Optoacoustics. Proc SPIE, A. Oraevsky (ed), 3916， 130-137 (2000 )]和Nicolaides等人的[L. Nicolaides, A. Mandelis, and S. H. Abrams， Novel Dental Dynamic Depth Profilometric Imaging Using Simultaneous Frequency-Domain Infrared Photothermal Radiometry and Laser Luminescence, J Biomed Opt, 5, 31-39 (2000 )] 中报告的。最近，这项技术已经被用于检测咬合面的凹陷、裂开的光滑表 面，以;M目邻损伤[R丄Jeon C. Han A. Mandelis V. Sanchez S.H. Abrams Diagnosis of Pit and Fissure Caries Using Frequency Domain Infrared Photothermal Radiometry and Modulated Laser Luminescence Caries Research, 38,497-513 (2004 )]。
技术实现思路
本专利技术提供了一种4吏用频域红外线光热辐射测量(FD-PTR)和调制 激光发光(FD-LUM)的装置，其作为补充的动态牙齿检测和诊断工具， 用于检查侧表面(光滑表面)、顶(咬或咬合)面、口腔内相邻牙齿之间 的邻间接触区域，以及牙根表面上的健康的和有缺陷的(破裂的、蛀蚀的、 脱矿化的)点。该设备能够从体内或体外监视牙齿表面各个区域正在发生 的脱矿化或再矿化。通过使用多阵列红外线照相机可以将这种方法扩展成 对目标牙齿的亚表面进行调制成像。此外，在这种方法中，可以包括传统的可见光镨范围的照相机，以便捕获和存储牙齿表面的图像，用于正在进 行的参考。所有这类信息可以被存储在计算M盘或其他类型的存储器设 备上，包括用纸打印出来，用于在对病人监视期间进行检索。另夕卜，该技术可以结合诸如QLF或OCT之类的用于牙齿检查的传统光*技术来4吏 用，以便扩展亚表面和i^面检测的范围和解决方案。在本专利技术的一个方面，提供了 一种用于对病人的牙齿组织进行检查的 使用光热辐射测量和调制发光的装置，该装置包括至少一个激光光源，其用于用有效的波长来照射牙齿组织的一部分表 面，调制光热辐射测量信号和调制发光信号响应性地从牙齿表面的所述部 分发射出来；检测装置，用于检测所述调制光热信号和所述调制发光信号；手持探头以及具有连接到所述手持探头的末端的柔性光纤束，所述光 纤束包括第一光纤，其具有与所述光源进行光通信的近端、以及在所述手 持探头终结的末端，通过操纵所述手持探头的医生的操作，该第一光纤将 来自所述光源的光传送到病人的牙齿组织；所述光纤束包括多个具有在所 述手持探头终结的末端以及光耦合到所述检测装置的近端的多模光纤，第 一预选数目的所述多模光纤是用于将所述调制发光信号传送到所述检测 装置的近红外线传输光纤，第二预选数目的所述多模光纤是用于传送所述 光热辐射测量信号的中红外线传输光纤；解调装置，用于将所U射的调制光热信号解调成光热相位分量和幅 度分量，以及将所述调制发光信号解调成发^目位信号和幅度信号；以及处理装置，用于将所述光热相位信号和幅度信号与参考样本的光热相 位信号和幅度信号进行比较，以及将所^L bN位信号和幅度信号与参考样本的发iM目位信号和幅度信号进行比较，以便若所述牙齿组织的所述部 分与所述参考样;M:间存在差别，则获得这些差别，并将所述差别与所述 牙齿组织中的缺陷进行关联。本专利技术还提供一种用于检测牙齿组织缺陷的方法，其中，缺陷包括牙 齿组织的腐蚀性损伤、坑和裂缝损伤、邻间损伤、光滑表面损伤和/或牙 ^^蛀蚀损伤，该方法包括a)使用手持探头，用至少一个波长的光来照射牙齿组织的一部分表 面，其中手持探头被连接到柔性光纤束的末端，所述光纤束包括第一光纤， 其具有与以所述至少一个波长发光的光源进行光通信的近端，以及在所述手持探头终结的末端，通过操纵所述手持探头的医生的操作，该第一光纤将来自所述光源的光传送到病人的牙齿组织；所述光纤束包括多个具有在 所述手持探头终结的末端以及光耦合到所述检测装置的近端的多模光纤， 第一预选数目的所述多模光纤是用于将所述调制发光信号传送到所述检 测装置的近红外线传输光纤，第二预选数目的所述多模光纤是用于传送所 述光热辐射测量信号的中红外线传输光纤，其中，当4吏本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用光热辐射测量和调制发光来对病人的牙齿组织进行检查的装置，包括：至少一个激光光源，其用于用有效的波长来照射牙齿组织的一部分表面，其中，调制光热辐射测量信号和调制发光信号响应性地从牙齿表面的所述部分发射出来；检测装置，用 于检测发射出的所述调制光热信号和所述调制发光信号；手持探头以及具有连接到所述手持探头的末端的柔性光纤束，所述光纤束包括第一光纤，其具有与所述光源进行光通信的近端，以及在所述手持探头终结的末端，通过操纵所述手持探头的医生的操作，该第一 光纤将来自所述光源的光传送到病人的牙齿组织；所述光纤束包括多个具有在所述手持探头终结的末端以及光耦合到所述检测装置的近端的多模光纤，第一预选数目的所述多模光纤是用于将所述调制发光信号传送到所述检测装置的近红外线传输光纤，第二预选数目的所述多模光纤是用于传送所述光热辐射测量信号的中红外线传输光纤；解调装置，用于将所述发射的调制光热信号解调成光热相位分量和幅度分量，以及将所述调制发光信号解调成发光相位信号和幅度信号；以及处理装置，用于将所述光热相位信号和幅度信号与 参考样本的光热相位信号和幅度信号进行比较，以及将所述发光相位信号和幅度信号与参考样本的发光相位信号和幅度信号进行比较，以便若所述牙齿组织的所述部分与所述参考样本之间存在差别，则获得这些差别，并将所述差别与所述牙齿组织中的缺陷进行关联。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2005-7-18 60/699,8781.一种使用光热辐射测量和调制发光来对病人的牙齿组织进行检查的装置，包括至少一个激光光源，其用于用有效的波长来照射牙齿组织的一部分表面，其中，调制光热辐射测量信号和调制发光信号响应性地从牙齿表面的所述部分发射出来；检测装置，用于检测发射出的所述调制光热信号和所述调制发光信号；手持探头以及具有连接到所述手持探头的末端的柔性光纤束，所述光纤束包括第一光纤，其具有与所述光源进行光通信的近端，以及在所述手持探头终结的末端，通过操纵所述手持探头的医生的操作，该第一光纤将来自所述光源的光传送到病人的牙齿组织；所述光纤束包括多个具有在所述手持探头终结的末端以及光耦合到所述检测装置的近端的多模光纤，第一预选数目的所述多模光纤是用于将所述调制发光信号传送到所述检测装置的近红外线传输光纤，第二预选数目的所述多模光纤是用于传送所述光热辐射测量信号的中红外线传输光纤；解调装置，用于将所述发射的调制光热信号解调成光热相位分量和幅度分量，以及将所述调制发光信号解调成发光相位信号和幅度信号；以及处理装置，用于将所述光热相位信号和幅度信号与参考样本的光热相位信号和幅度信号进行比较，以及将所述发光相位信号和幅度信号与参考样本的发光相位信号和幅度信号进行比较，以便若所述牙齿组织的所述部分与所述参考样本之间存在差别，则获得这些差别，并将所述差别与所述牙齿组织中的缺陷进行关联。2. 如权利要求l中所述的装置，其中所述检测装置包括在近红外线光镨区域敏感的第一红外探测器，其用于检测所述调制发光(LUM)信号；还包括在中红外线光镨区域敏感的第二红外探测器，其用于检测所述 调制光热辐射测量信号。3. 如权利要求2中所述的装置，其中所述第二红外探测器是碲镉汞 (HgCdTe) (MCT)检测器、碲锌镉汞(MCZT)检测器、硒化铅(PbSe)检测器、砷化铟(InAs )检测器、锑化铟(InSb )检测器以及砷镓铟(InGaAs ) 检测器中的一种。4. 如权利要求2中所述的装置，其中所述第一光纤在所述中红外线 光镨区域敏感，用于收集所述调制光热辐射测量信号，并将其传送到所述 第一红外探测器。5. 如权利要求4中所述的装置，其中所述第一红外探测器是硅(Si) 光电二极管、锗(Ge)光电二极管、砷镓锢(InGaAs)光电二极管以及 硫化铅(PbS)光电二板管中的一种。6. 如权利要求l、 2、 3、 4或5中所述的装置，其中所述多模光纤是 卤化银多模光纤。7. 如权利要求l、 2、 3、 4或5中所述的装置，其中所述至少一个激 光光源是两个半导体激光器，所述两个半导体激光器中的第一个激光器发 射波长为670nm的光，第二个激光器发射波长为830nm的光。8. 如权利要求7中所述的装置，其中，从所述两个半导体激光器发 射的激光被;^合器耦合进所述第 一光纤。9. 如权利要求2中所述的装置，包M故置在所述第一检测器前面 的滤光器，其用于阻挡被牙齿组织反射或散射的激光。10. 如权利要求2中所述的装置，其中所述处理装置被配置成存储从 所，测器获得的作为单个数据点的差别。11. 如权利要求1到10的任何一项所述的装置，包括用于调整入射 到牙齿组织上的所述光束尺寸的光束扩展和聚焦光学器件，以便于调整被 成像的牙齿组织的区域尺寸。12. 如权利要求1到11的任何一项所述的装置，其中所述解调装置 是锁相放大器。13. —种用于检测牙齿組织缺陷的方法，所述缺陷包括牙齿组织的腐 蚀性损伤、坑和裂缝损伤、邻间损伤、光滑表面损伤和/或牙根炷蚀损伤， 该方法包括a)使用手持探头，用至少一个波长的光来照射牙齿组织的一部分表面，所述手持探头被连接到柔性光纤束的末端，所述光纤束包括第一光纤， 其具有与以所述至少一个波长发光的光源进行光通信的近端，以及在所述手持探头终结的末端，通过操纵所述手持探头的医生的操作，该第一光纤 将来自所述光源的光传送到病人的牙齿组织；所述光纤束包括多个具有在 所述手持探头终结的末端以及光耦合到所述检测装置的近端的多模光纤，笫一预选数目的所述多模光纤是用于将所述调制发光信号传送到所述检 测装置的近红外线传输光纤，第二预选数目的所述多模光纤是用于传送所 述光热辐射测量信号的中红外线传输光纤，其中，当使用至少一个波长的 光来照射牙齿组织表面的所述部分时，调制光热辐射测量信号和调制发光信号响应性M牙齿表面的所^面部分发射出来；b) 检测所iiiL射的调制光热信号和所述调制发光信号；c) 将所^JL射的调制光热信号解调成光热相位分量和幅度分量，以 及将所述调制发光信号解调成发光相位信号和幅度信号；以及d) 将所述光热相位信号和幅度信号与参考样本的光热相位信号和幅 度信号进行比较，以及将所iOUbN位信号和幅度信号与参考样本的发光 相位信号和幅度信号进行比较，以便若所述牙齿组织的所述部分与所述参 考样R间存在差別，则获得这些差别，并将所述差别与所述牙齿组织中 的缺陷ii行关联。14. 如权利要求l3中所述的方法，其中用于检测的所述步骤b)包括 使用在近红外线光谙区域敏感的、用于检测所述调制发光(LUM)信号 的第一红外探测器；还包括使用在中红外线光镨区域敏感的、用于检测所 述调制光热辐射测量信号的第二红外探测器。15. 如权利要求14中所述的方法，其中所述第二红外探测器是碲镉 汞(HgCdTe ) (MCT )检测器、碲锌镉汞(MCZT )检测器、硒化铅(PbSe) 检测器、砷化铟(InAs )检测器、锑化铟(InSb )检测器以及砷镓铟(InGaAs) 检测器中的一种。16. 如权利要求14中所述的方法，其中所述第一光纤在所述中红外 线光谱区域敏感，用于收集所述调制光热辐射测量信号，并将其传送到所 述第一红外探测器。17. 如权利要求16中所述的方法，其中所述第一红外探测器是硅(Si) 光电二极管、锗(Ge)光电二极管、砷镓锢(InGaAs)光电二极管以及 疏化铅(PbS)光电二敗管中的一种。18. 如权利要求13、 14、 15、 16或17中所述的方法，其中所述多模 光纤是卤化银多模光纤。19. 如权利要求13、 14、 15、 16、 17或18中所述的方法，其中所述 至少 一个激光光源是两个半导体激光器，所述两个半导体激光器中的第一 个激光器发射波长为670nm的光，第二个激光器发射波长为830nm的光。20. 如权利要求19中所述的方法，其中，从所述两个半导体激光器 发射的激光被光耦合器耦合进所述第 一光纤。21. 如权利要求13到20中任何一项所述的方法，包括对入射到所述 第一检测器上的光进行过滤，以阻挡被牙齿组织反射或散射的激光。22. 如权利要求13到21中任何一项所述的方法，包^整入射到牙 齿组织上的...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德烈亚斯曼德利斯，史蒂芬艾布拉姆斯，全镇锡，基兰库尔卡尼，安娜马特维安科，
申请(专利权)人：安德烈亚斯曼德利斯，史蒂芬艾布拉姆斯，全镇锡，基兰库尔卡尼，安娜马特维安科，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]