Система обнаружения гингивита с использованием спектроскопии диффузного отражения
Изобретение относится к медицинской технике, а именно к системе обнаружения гингивита с использованием спектроскопии диффузного отражения. Система (100) содержит излучатель света (102), четыре чувствительных к длине волны фотодетектора (110, 112, 114, 116), усилители, блок обнаружения гингивита. Излучатель света выполнен для излучения света на область ткани (104) во рту пользователя. Фотодетекторы выполнены для обнаружения оптических сигналов, диффузно отраженных через область ткани. Каждый фотодетектор содержит фильтр (BPF1, BPF2, BPF3 и BPF4) для получения требуемых спектральных полос и фотодиод (D1, D2, D3 и D4). Фотодиоды расположены стопой друг на друге для генерации токовых дифференциальных сигналов для удаления нежелательной составляющей из оптических сигналов. Усилители соответствуют фотодиодам. Блок обнаружения гингивита выполнен для приема выходных сигналов от усилителей и обнаружения гингивита в области ткани. Обеспечивается система обнаружения гингивита с использованием спектроскопии диффузного отражения. 9 з.п. ф-лы, 5 ил.
Область техники
[0001] Настоящее изобретение относится в целом к блоку предварительной обработки сигналов для обнаружения воспаления ткани, в частности гингивита, с использованием спектроскопии диффузного отражения (DRS).
Уровень техники
[0002] Обнаружение гингивита с использованием спектроскопии диффузного отражения (diffuse reflective spectroscopy, DRS) в настоящее время осуществляют при помощи маленьких угловых зондов, расположенных вокруг одного или более оптических волокон, которые переносят свет вследствие ограниченного пространства в ротовой полости. Такие маленькие зонды полезны для измерения в интерпроксимальных пространствах, где обычно возникает гингивит. Однако при контакте такие маленькие зонды могут оказывать большое давление на ткань, отталкивать кровь и тем самым нарушать измерение характеристик крови на основе DRS. Таким образом, измерения на основе DRS предпочтительно проводят в бесконтактном режиме, и требуемый бесконтактный режим приводит к обнаружению зеркально отраженного света в дополнение к требуемой составляющей диффузного отражения. Поскольку диффузный отраженный свет (то есть свет, распространяющийся через ткань) сильно ослаблен, эти зеркальные составляющие могут стать относительно большими.
[0003] Кроме того, важным свойством зонда является разделение источника и детектора излучения, поскольку оно влияет на глубину отбора проб сигнала зонда (т.е. на то, с какой глубины в ткани исходит измеряемый свет). Однако разделение источника и детектора излучения увеличивает риск освещения и/или обнаружения света от недесневой ткани, например, зубов и/или зубных имплантатов. Например, поскольку межзубной десневой сосочек оканчивается маленьким кончиком, вероятно, что из-за разделения волокон требуемый сигнал сосочка по меньшей мере частично зашумлен сигналами зубной эмали. Поскольку зубы и/или зубные имплантаты / пломбировочный материал преимущественно имеют белый/желтоватый цвет, отражение искусственных зубов будет добавлять смещение постоянной составляющей к сигналу DRS, который не содержит информации об обнаружении гингивита (т.е. концентрации гемоглобина). Этот ложный сигнал занимает часть динамического диапазона. Обычно такие ложные сигналы удаляют посредством соответствующей обработки сигнала после усиления и/или аналого-цифрового преобразования, требующего большого динамического диапазона и разрешения аналого-цифрового преобразователя.
[0004] Соответственно, в данной области техники существует потребность в изобретательских системах и способах ухода за полостью рта для обеспечения точного обнаружения воспаления ткани, и в частности гингивита, с использованием блока предварительной обработки сигналов DRS, который устраняет большую часть смещения перед усилением и/или аналого-цифровым (АЦ) преобразованием, что снижает требования к электронике.
Раскрытие сущности изобретения
[0005] Настоящее изобретение относится к изобретательским системам и способам обнаружения воспаления тканей, и в частности гингивита, с использованием спектроскопии диффузного отражения (DRS). Различные варианты осуществления и реализации в настоящем документе относятся к системе обнаружения гингивита, содержащей блок предварительной обработки сигналов, который обеспечивает большой динамический диапазон и непосредственно удаляет зеркальные и постоянные составляющие (т.е. в датчике, перед электроникой интерфейсной части датчика). Система обнаружения гингивита включает в себя специальную конфигурацию, состоящую из излучателя света, четырех или более фотодетекторов, чувствительных к длине волны, и системы обнаружения воспаления ткани.
[0006] В целом, согласно одному аспекту изобретения предлагается система для обнаружения воспаления ткани. Система содержит излучатель света, выполненный с возможностью излучения света на область ткани во рту пользователя; по меньшей мере четыре чувствительных к длине волны фотодетектора, выполненных с возможностью обнаружения оптических сигналов, диффузно отраженных через область ткани, причем каждый из указанных по меньшей мере четырех чувствительных к длине волны фотодетекторов содержит фильтр и фотодиод, а фотодиоды расположены стопой друг на друге с возможностью генерации токовых дифференциальных сигналов для усилителей, соответствующих фотодиодам, причем указанная генерация токовых дифференциальных сигналов обеспечивает удаление нежелательной составляющей из оптических сигналов до усиления; и блок обнаружения воспаления, выполненный с возможностью приема выходных сигналов от соответствующих усилителей и обнаружения воспаления ткани в указанной области ткани. В различных вариантах осуществления воспаление ткани представляет собой гингивит.
[0007] В одном варианте осуществления излучатель света и по меньшей мере четыре чувствительных к длине волны фотодетектора реализованы в зонде DRS с расстоянием между источником и детектором излучения от 300 до 2000 мкм.
[0008] В одном варианте осуществления система дополнительно содержит разделитель, выполненный с возможностью распределения отраженного света по указанным по меньшей мере четырем чувствительным к длине волны фотодетекторам.
[0009] В различных вариантах осуществления разделитель представляет собой разделитель из сплавленного волокна, дисперсионный разделитель или оптический волновод.
[0010] В одном варианте осуществления излучатель света представляет собой белый светодиод с люминофором.
[0011] В одном варианте осуществления фильтр для каждого из указанных по меньшей мере четырех чувствительных к длине волны фотодетекторов представляет собой полосно-пропускающий фильтр.
[0012] В одном варианте осуществления токовые дифференциальные сигналы для фотодиодов расположены по возрастанию величины.
[0013] В одном варианте осуществления токовые дифференциальные сигналы для фотодиодов включают в себя первый, второй и третий токовые дифференциальные сигналы для фотодиодов соответственно, при этом второй токовый дифференциальный сигнал больше, чем первый и третий токовые дифференциальные сигналы.
[0014] В одном варианте осуществления расположенные друг на друге фотодиоды образуют стопу, имеющую нижний фотодиод, и нижний фотодиод оканчивается источником тока, управляемым по замкнутому контуру.
[0015] В одном варианте осуществления расположенные друг на друге фотодиоды образуют стопу, имеющую нижний фотодиод, и нижний фотодиод генерирует фототок на уровне, позволяющем минимизировать самый большой из дифференциальных сигналов, подлежащих минимизации.
[0016] В целом, согласно другому аспекту изобретения предлагается способ обнаружения воспаления ткани, включающий предварительную обработку сигналов. Способ включает излучение света посредством излучателя света в направлении области ткани во рту пользователя; обнаружение при помощи по меньшей мере четырех чувствительных к длине волны фотодетекторов оптических сигналов, диффузно отраженных через указанную область ткани, причем каждый из указанных по меньшей мере четырех чувствительных к длине волны фотодетекторов содержит фильтр и фотодиод, а фотодиоды расположены стопой друг на друге с возможностью генерации токовых дифференциальных сигналов для усилителей, соответствующих фотодиодам, причем указанная генерация токовых дифференциальных сигналов обеспечивает удаление нежелательной составляющей из оптических сигналов до усиления; подачу выходных сигналов соответствующих усилителей на аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и подачу выходных сигналов АЦП на блок обнаружения воспаления ткани. В различных вариантах осуществления воспаление ткани представляет собой гингивит.
[0017] В одном варианте осуществления этап обнаружения дополнительно включает распределение отраженного света по указанным по меньшей мере четырем чувствительным к длине волны фотодетекторам при помощи разделителя.
[0018] В одном варианте осуществления разделитель представляет собой разделитель из сплавленного волокна, дисперсионный разделитель или оптический волновод.
[0019] Используемый в настоящем документе для целей настоящего изобретения термин "контроллер" обычно используют для описания различных устройств, относящихся к управлению отображающим устройством, системой или способом. Контроллер может быть реализован множеством способов (например, при помощи специализированных аппаратных средств) для выполнения различных функций, описанных в настоящем документе. "Процессор" является одним примером контроллера, который использует один или более микропроцессоров, которые могут быть запрограммированы при помощи программного обеспечения (например, микрокода) для выполнения различных функций, описанных в настоящем документе. Контроллер может быть реализован с использованием или без использования процессора, а также может быть реализован как комбинация специализированных аппаратных средств для выполнения некоторых функций и как процессор (например, один или более запрограммированных микропроцессоров и связанные с ними схемы) для выполнения других функций. В число примеров компонентов контроллера, которые могут быть использованы в различных вариантах реализации настоящего изобретения, входят без ограничений обычные микропроцессоры, специализированные интегральные схемы (ASIC) и программируемые пользователем вентильные матрицы (FPGA).
[0020] Следует понимать, что все сочетания вышеупомянутых понятий и дополнительных понятий, обсуждаемых более подробно ниже (при условии, что такие понятия не являются взаимно несовместимыми), рассматриваются как часть патентоспособного предмета изобретения, описанного в настоящей заявке. В частности, все комбинации заявленного изобретения, приведенные в конце настоящего описания, рассматриваются как часть предмета изобретения, раскрытого в настоящем документе.
[0021] Эти и другие аспекты изобретения будут очевидны из варианта(-ов) осуществления изобретения, описанных в настоящем документе, и будут объяснены со ссылками на этот вариант(-ы).
Осуществление изобретения
[0022] На чертежах аналогичные номера позиций, как правило, относятся к одним и тем же деталям на всех различных представлениях. Кроме того, чертежи необязательно выполнены в масштабе, вместо этого упор в основном делается на иллюстрацию принципов изобретения.
[0023] ФИГ. 1А представляет собой график спектров спектроскопии диффузного отражения, измеренных с разными углами между зондом и целью, в соответствии с вариантом осуществления изобретения.
[0024] ФИГ. 1В представляет собой график расчетных значений насыщенности крови кислородом в соответствии с вариантом осуществления изобретения.
[0025] ФИГ. 2 представляет собой график моделируемых изменений спектров спектроскопии диффузного отражения, вызванных изменениями в насыщении ткани кислородом от полностью оксигенированного состояния до полностью деоксигенированного состояния, в соответствии с вариантом осуществления изобретения.
[0026] ФИГ. 3 схематически изображает систему обнаружения воспаления ткани в соответствии с вариантом осуществления изобретения.
[0027] ФИГ. 4 схематически изображает блок-схему системы обнаружения воспаления ткани, содержащей четыре чувствительных к длине волны фотодетектора, в соответствии с вариантом осуществления изобретения.
[0028] ФИГ. 5 изображает блок-схему способа обнаружения воспаления ткани в соответствии с вариантом осуществления изобретения.
Осуществление изобретения
[0029] Настоящее изобретение описывает различные варианты осуществления систем и способов ухода за полостью рта для улучшения обнаружения воспаления ткани, и в частности гингивита, с использованием диффузного отраженного света. В более общем смысле, Заявитель признал и отметил, что было бы полезно создать систему для устранения больших смещений как можно раньше после получения сигнала спектроскопии диффузного отражения. Соответственно, системы и способы, описанные или иным образом предполагаемые в настоящем документе, обеспечивают устройство для ухода за полостью рта, выполненное с возможностью получения измерений десневой ткани. Устройство для ухода за полостью рта содержит излучатель света и четыре или более чувствительных к длине волны фотодетекторов, выполненных с возможностью обнаружения диффузного отраженного света, так что соответствующие усилители принимают минимально возможные разности токов. С устранением большой части смещения перед усилением и/или аналого-цифровым (АЦ) преобразованием требования к электронике снижаются, и становится возможным более точное обнаружение гингивита.
[0030] Варианты осуществления и реализации, раскрытые или иным образом представленные в настоящем документе, могут быть использованы с любыми подходящими устройствами для ухода за полостью рта, таким как зубная щетка, устройство для чистки зубной нитью, ирригатор для полости рта, скребок для языка или другое устройство личной гигиены. Однако изобретение не ограничено этими устройствами для ухода за полостью рта, и, таким образом, изобретение и варианты его осуществления, раскрытые в настоящем документе, могут охватывать любое устройство для ухода за полостью рта.
[0031] Гингивит, который представляет собой воспаление десен, характеризующееся опуханием десен, отеком и покраснением, в первую очередь вызван образованием зубного налета, в основном в зубодесневой борозде (карманах). Такое заболевание десен обычно встречается в труднодоступных местах, таких как интерпроксимальные пространства между зубами, и вокруг задних зубов.
[0032] Действительно, по оценкам, от 50% до 70% взрослого населения страдает гингивитом. Однако потребители часто не могут обнаружить ранние признаки гингивита. Как правило, гингивит прогрессирует до тех пор, пока люди не замечают, что их десны легко кровоточат при чистке зубов. Соответственно, гингивит может быть обнаружен только тогда, когда заболевание уже развилось, и его значительно сложнее лечить. Хотя гингивит легко вылечить посредством улучшения гигиены полости рта, поскольку гингивит может перерасти в необратимый периодонтит, важно поддерживать здоровое состояние полости рта и как можно скорее выявлять гингивит.
[0033] Гингивит можно диагностировать визуально путем обнаружения покраснения и отека десны. (см., RR. Lobene и др.., "Модифицированный десневой индекс для использования в клинических испытаниях", Clin. Prev. Dent. 8:3-6, (1986 г.), описывающий бесконтактный индекс гингивита на основании покраснения и воспаления десны). Однако этот индекс имеет ограниченную чувствительность и сильно зависит от индекса цветопередачи используемого источника света. Таким образом, современные светодиоды с люминофором могут иметь низкий индекс цветопередачи, что приводит к плохой визуальной оценке.
[0034] Покраснение десны представляет собой острую воспалительную реакцию на токсины бактериальной биопленки зубного налета в зубодесневой борозде или областях вдоль линии десен. Эта воспалительная реакция в краткосрочной перспективе вызывает вазодилатацию, при которой гладкомышечные клетки в артериолах расслабляются и расширяют кровеносные сосуды, увеличивая приток крови к капиллярному ложе. Это вызывает покраснение десны и может вызвать небольшое повышение температуры, которое трудно измерить. Кроме того, капилляры становятся более проницаемыми, что приводит к увеличению утечки жидкости из капилляров в межклеточные пространства, приводящему к опуханию десен. Если воспаление хроническое, то возникает дополнительное покраснение из-за повышенной васкуляризации ткани, при которой могут образовываться дополнительные капилляры, чтобы справиться с дополнительными потребностями ткани в крови.
[0035] Эти факторы обеспечивают возможность выявления гингивита на основе спектроскопии диффузного отражения (DRS). DRS представляет собой оптический способ, который включает в себя излучение, например, белого света в направлении цели и анализ спектральных свойств диффузного (а не зеркального) отраженного света. Вследствие различных хромофоров в десневой ткани спектральные свойства диффузного отраженного света явно отличаются от спектральных свойств источника света. Как описано в работе T. Hanioka и др., "Концентрация гемоглобина и сатурация кислорода клинически здоровой и воспаленной десны у человека", J. Periodontal Res. 25: 93-98 (1990 г.), повышенная концентрация общего гемоглобина и пониженная насыщенность крови кислородом могут быть определены в связи с обнаружением гингивита. В данном способе используют шесть фиксированных длин волн и рассчитывают концентрации деоксигенированного, оксигенированного и общего гемоглобина. Последние два используют для расчета сатурации кислорода.
[0036] На ФИГ. 1A и 1B показаны измеренные спектры DRS с использованием различных углов между зондом и целью. Как показано на ФИГ. 1B, значения насыщения крови кислородом вычислены в соответствии с примерным способом, описанным в работе Hanioka и др. Для углов, близких к нормали к поверхности, зеркальное отражение становится примерно в десять раз больше, чем диффузная составляющая. Таким образом, как показано на ФИГ. 1B, значения насыщения кислородом, вычисленные в соответствии с этим примерным способом, образуют большое отклонение. Обнаруженный зеркальный отраженный свет может привести к большим погрешностям.
[0037] Из ФИГ. 2 ясно, что зависящие от насыщения кислородом изменения в сигналах DRS могут становиться очень маленькими (даже без ложных и/или зеркальных отражений), особенно если приходится использовать длины волн ближней инфракрасной (БИК) области спектра вследствие требований к глубине отбора проб сигнала. На ФИГ. 2 показаны моделируемые изменения спектров DRS, вызванные изменениями в насыщении ткани кислородом от полностью оксигенированного состояния до полностью деоксигенированного состояния (100%==> 0%). В действительности, изменение будет намного меньше: при гингивите ожидается снижение насыщения кислородом примерно на 10%. Зеркальное отражение отсутствует.
[0038] Согласно вариантам осуществления, в которых используют обнаружение длины волны, некоторые системы содержат спектрометр для выполнения анализа спектральной формы принятого света. Другие системы содержат настраиваемый фильтр (например, интерференционный светофильтр Фабри-Перо микроэлектромеханической системы (МЭМС)) для принимаемого и/или излучаемого света. Хотя желательно использование спектрометра или настраиваемого фильтра вследствие большого количества длин волн, доступных для обработки, имеющиеся в настоящее время системы слишком велики и/или дороги для потребительских товаров. В альтернативном варианте принятый свет может быть разделен на разные пути прохождения, и могут быть применены полосно-пропускающие фильтры для получения требуемых спектральных полос. В вышеупомянутом способе Hanioka используют шесть длин волн, и он может быть легко реализован с использованием варианта осуществления с разделением света при условии, что большие смещения устранены перед АЦ преобразованием. Если их не устранить, потребуется огромный динамический диапазон и разрешение аналого-цифрового преобразователя.
[0039] Поскольку обнаружение гингивита основано на изменениях концентрации гемоглобина, сигнал, возникающий в результате этих изменений, содержит небольшие модуляции на большой части смещения, вызванные сигналами рассеяния других тканей (десны и твердые ткани зуба) и зеркальными отражениями. Часть смещения не является постоянной составляющей тока из-за перемещений; например, очень маленькие изменения угла могут привести к большим составляющим зеркального отражения. Следовательно, часть смещения не может быть устранена посредством высокочастотной фильтрации. В результате большого смещения теряется большая часть динамического диапазона усилителей и разрешения аналого-цифрового преобразователя (АЦП) блока предварительной обработки сигналов.
[0040] На основании вышеизложенного, конкретная цель использования определенных вариантов осуществления настоящего изобретения состоит в обеспечении блока предварительной обработки сигналов DRS, который выполнен с возможностью устранения ненужных больших смещений как можно раньше в сигнальной цепочке.
[0041] На основании вышеизложенного и со ссылкой на ФИГ. 3 и 4 в одном варианте осуществления предложена система 100 для обнаружения воспаления ткани, и в частности гингивита. Система 100 выполнена с возможностью устранения больших смещений перед усилением и/или АЦ преобразованием. Система 100 содержит излучатель 102 света (например, волокно), детектор 106 света (например, волокно) и контроллер 130. В примерном варианте осуществления излучатель света содержит источник 103 света, например, широкополосный источник 103 света, такой как белый светодиод с люминофором. Источник света соединен с волокном источника для доставки испускаемого света к ткани 104 десны. Детектор 106 света (например, волокно) выполнен с возможностью улавливания диффузного отраженного света от ткани 104 и доставки этого света.
[0042] В одном варианте осуществления излучатель 102 света и детектор 106 света реализованы в зонде спектроскопии диффузного отражения (DRS) с расстоянием между источником и детектором излучения от 300 до 2000 мкм. Типичные конфигурации включают в себя одно волокно источника рядом с одним волокном детектора, одно центральное волокно источника, окруженное множеством волокон детектора, или одно волокно, функционирующее как источник и детектор одновременно. Важным свойством зонда является расстояние между источником и детектором излучения, поскольку оно влияет на глубину отбора проб сигнала зонда (т.е. на то, с какой глубины в ткани исходит измеряемый свет). Для обнаружения гингивита необходимо, чтобы средняя глубина отбора проб сигнала на основе спектроскопии диффузного отражения была более 250 мкм. Для получения такого среднего значения необходимо, чтобы минимальное расстояние между источником и детектором излучения составляло примерно 300 мкм в зависимости от длины волны.
[0043] Поскольку сигнал DRS от детектора 106 обычно не является дифференциальным сигналом, включены дополнительные элементы. Согласно варианту осуществления детектор 106 системы 100 выполнен с возможностью доставки отраженного света к блоку спектрального анализа или разделителю 108. Разделитель 108 выполнен с возможностью распределения отраженного света по четырем или более чувствительным к длине волны детекторам 110, 112, 114 и 116, каждый из которых имеет чувствительность к различным длинам волн. Разделитель 108 может представлять собой разделитель из сплавленного волокна, дисперсионный разделитель (например, призму или решетку), оптический волновод или любую подходящую альтернативу.
[0044] Каждый чувствительный к длине волны детектор 110, 112, 114, 116 содержит полосно-пропускающий фильтр (bandpass filter, BPF) перед фотодиодом. Как показано на ФИГ. 4, детектор 110 содержит полосно-пропускающий фильтр BPF1 перед фотодиодом D1. Аналогичным образом, детектор 112 содержит полосно-пропускающий фильтр BPF2 перед фотодиодом D2, детектор 114 содержит полосно-пропускающий фильтр BPF3 перед фотодиодом D3, и детектор 116 содержит полосно-пропускающий фильтр BPF4 перед фотодиодом D4. Фотодиоды являются предпочтительными, поскольку они имеют широкий линейный диапазон и, следовательно, могут обрабатывать сигналы, включающие большие смещения, без внесения погрешностей. Хотя вариант осуществления по ФИГ. 4 включает в себя четыре чувствительных к длине волны детектора, другие варианты осуществления могут включать в себя пять чувствительных к длине волны детекторов или более пяти чувствительных к длине волны детекторов.
[0045] Фотодиоды D1, D2, D3 и D4 расположены стопой друг на друге таким образом, что соответствующие усилители принимают разность токов, т.е. они принимают гораздо меньший ток. Это обеспечивает большее усиление, которое приводит к более высокому и улучшенному отношению сигнал-шум (signal-to-noise ratio, SNR) для обнаружения гингивита.
[0046] Согласно варианту осуществления токи I1 .. In расположены по возрастанию величины. Согласно альтернативному варианту осуществления токи I1 . In расположены по убыванию величины. Согласно еще одному варианту осуществления токи расположены следующим образом: I1< I2 > I3 < I4 > I5 и т.д. (или наоборот). Однако токи никогда не расположены таким образом, чтобы наибольший и наименьший ожидаемые токи были расположены друг на друге. Согласно варианту осуществления нижняя часть стопы заканчивается источником тока, при необходимости управляемым по замкнутому контуру посредством контроллера 130. В альтернативном варианте нижний диод генерирует самый низкий ожидаемый фототок среди фотодиодов. Согласно другому варианту осуществления нижний диод генерирует фототок на уровне, выбранном таким образом, чтобы минимизировать наибольшую из разностей, подлежащих минимизации, например, на длине волны, которая предположительно даст выходной сигнал, близкий к среднему/медианному уровню.
[0047] На ФИГ. 4 согласно варианту осуществления видно, что разности токов, присутствующие в усилителях ток-напряжение, номинально минимальны и/или сбалансированы около нуля. Согласно другому варианту осуществления, в случае электроники с однополярным питанием разности токов представляют собой заданное смещение. Выходной сигнал каждого чувствительного к длине волны фотодетектора является входным сигналом для соответствующего усилителя, как показано на чертеже. Согласно варианту осуществления выходные сигналы усилителей подают на АЦП (не показан), и поскольку эти сигналы также не несут большого смещения, полезное разрешение является намного более высоким. В альтернативном варианте АЦП может иметь более низкое разрешение, что является более дешевым вариантом.
[0048] Выходные сигналы АЦП являются входным сигналом на контроллер или анализатор, имеющий подходящий алгоритм обнаружения гингивита. Согласно варианту осуществления этот алгоритм включает в себя способ обнаружения гингивита на основе дифференцированных сигналов (крутизны характеристики) длин волн. Согласно другому варианту осуществления этот алгоритм включает производный способ для расчета насыщения ткани кислородом, как описано в работе DE Myers и др., "Неинвазивный способ измерения местного насыщения гемоглобина кислородом в ткани с использованием спектроскопии в ближнем инфракрасной области спектра со второй производной широкой зоны", J. Biomed. Опт., Т. 10 (3), (2005). В работе Myers описан простой алгоритм непрерывной волны в ближней инфракрасной области спектра с использованием однократных измерений затухания на глубине при 680, 720, 760 и 800 нм. Однако описанная выше дифференциальная токовая конфигурация спектральных детекторов не обязательно должна обеспечивать такие же разности, как требуется для производных способов. Например, если способы требуют измерения затухания на 680, 720, 760 и 800 нм, из этого не обязательно следует, что соответствующие детекторы должны быть уложены стопой друг на друга. Поскольку нижний ток известен, все токи и, следовательно, новые разности могут быть рассчитаны внутренне. Это означает, что последовательность укладки может быть выбрана таким образом, чтобы ток, идущий в усилители, был как можно меньше. Это обеспечивает еще больший динамический диапазон.
[0049] На Фиг. 5 в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения изображена блок-схема способа 200 обнаружения воспаления ткани, включающего предварительную обработку сигналов для непосредственного устранения зеркальных и постоянных составляющих. Иными словами, зеркальные и постоянные составляющие устраняют в датчике перед электроникой блока предварительной обработки сигналов датчика. На этапе S210 обеспечивают систему для обнаружения воспаления ткани, и в частности гингивита. Система может представлять собой любое из устройств или систем, описанных или иным образом предусмотренных в настоящем документе. Например, система может являться системой 100 помимо многих других устройств или систем. В целом, система содержит излучатель 102 света, четыре или более чувствительных к длине волны фотодетекторов 106 и контроллер 130, выполненный с возможностью выполнения функций, описанных в настоящем документе. Возможны многие другие элементы и конфигурации.
[0050] На этапе S220 способа по меньшей мере один излучатель 102 света излучает свет, луч которого воздействует на ткань. Свет, излучаемый излучателем света, может включать в себя две или более длин волн. Соответственно, излучатель света может содержать один или более источников 103 света. Излучатель света может излучать свет периодически или непрерывно или может излучать свет только в ответ на триггер. Например, система обнаруживает десневую ткань и активирует излучатель 102 света для излучения света.
[0051] На этапе S230 способа отраженный свет распределяют по четырем или более зависящим от длины волны фотодетекторам 106, каждый из которых имеет чувствительность к различным длинам волн. Согласно варианту осуществления система 100 содержит разделитель 108, выполненный с возможностью распределения отраженного света. Разделитель 108 может представлять собой разделитель из сплавленного волокна, оптический волновода или любую подходящую альтернативу. Выходной сигнал каждого чувствительного к длине волны фотодетектора является входным сигналом для соответствующего усилителя.
[0052] На этапе S240 способа выходные сигналы усилителей подают на АЦП. Как описано выше, поскольку эти сигналы также не несут большого смещения, полезное разрешение намного выше.
[0053] На этапе S250 способа выходные сигналы АЦП являются входным сигналом на контроллер 130 или процессор, выполненный с возможностью анализа сигналов. Согласно варианту осуществления контроллер 130 принимает сигналы, где они анализируются процессором 132 и/или блоком 136 обнаружения гингивита и/или сохраняются в памяти 134 для будущего анализа.
[0054] Предпочтительно, описанные в настоящем документе системы и способы, предложенные в соответствии с настоящим изобретением, устраняют большие смещения как можно раньше после получения сигнала спектроскопии диффузного отражения, так что соответствующие усилители принимают минимально возможные разности токов. С устранением большой части смещения перед усилением и/или аналого-цифровым (АЦ) преобразованием требования к электронике снижаются, и становится возможным более точное обнаружение гингивита.
[0055] Все определения, заданные и используемые в настоящем документе, следует понимать как превалирующие над словарными определениями, определениями в документах, включенных посредством ссылки, и/или обычными значениями заданных терминов.
[0056] Формы единственного числа, используемые в настоящем документе в описании и в формуле изобретения, если явно не указано иное, следует понимать как означающие "по меньшей мере один".
[0057] Выражение "и/или", используемое в настоящем документе в описании и в формуле изобретения, следует понимать как означающее "один или оба" из элементов, объединенных таким образом, то есть элементов, которые в одних случаях присутствуют совместно, а в других случаях раздельно. Несколько элементов, перечисленных с помощью «и/или», следует понимать таким же образом, т.е. «один или более» из элементов, соединенных таким образом. При необходимости могут присутствовать другие элементы, отличные от элементов, специально указанных с помощью выражения «и/или», вне зависимости от того, относятся ли они или не относятся к этим специально указанным элементам.
[0058] Используемый в настоящем документе в описании и формуле изобретения союз "или" следует понимать как имеющий то же значение, что и выражение "и/или", как описано выше. Например, при разделении элементов в списке «или» или «и/или» следует понимать как включающие, т.е. включение по меньшей мере одного, но также включение более, чем одного, из числа или списка элементов и, необязательно, дополнительных неперечисленных элементов. Только выражения, в явном виде указывающие противоположное, такие как «только один/одна/одно из» или «ровно один/одна/одно из», или выражение «состоящий/состоящая/состоящее из», используемое в формуле изобретения, будут относиться ровно к одном элементу из числа или списка элементов. В целом, термин "или", используемый в настоящем документе, должен толковаться только как указывающий на исключающие альтернативы (то есть "один или другой, но не оба"), когда ему предшествуют термины исключительности, такие как "либо", "один из", "только один из" или "именно один из".
[0059] Используемое в настоящем документе в описании и формуле изобретения выражение "по меньшей мере один" в отношении списка из одного или более элементов следует понимать как означающее по меньшей мере один элемент, выбранный из любого одного или более элементов в списке элементов, но не обязательно включающее в себя по меньшей мере один из каждого элемента, конкретно указанного в списке элементов, и не исключающее любые сочетания элементов в списке элементов. Это определение также допускает, что при необходимости могут присутствовать элементы, отличные от элементов, конкретно указанных в списке элементов, к которым относится выражение "по меньшей мере один", независимо от того, связаны ли они или нет с этими конкретно обозначенными элементами.
[0060] Также следует понимать, что если иное не указано в явной форме, во всех способах, заявленных в настоящем описании, которые содержат более одного этапа или действия, порядок этапов или действий способа необязательно ограничен порядком, в котором этапы и действия способа изложены.
[0061] В формуле изобретения, как и в приведенном выше описании, все переходные выражения, такие как "содержащий", "включающий", "несущий", "имеющий", "содержащий в себе", "задействующий", "держащий", "составленный из" и тому подобное, следует понимать как открытые, то есть означающие включающий, помимо прочего. Только переходные выражения «состоящий из» и «состоящий по существу из» должны быть ограничивающими или полуограничивающими переходными выражениями, соответственно.
[0062] Несмотря на то, что в настоящем документе описаны и изображены несколько вариантов осуществления изобретения, специалистам в данной области техники очевидно множество других средств и/или конструкций для выполнения функции и/или получения результатов и/или одного или более преимуществ, описанных в настоящем документе, и каждый из таких вариантов и/или модификаций считается находящимся в пределах объема вариантов осуществления изобретения, описанных в настоящем документе. В целом, специалисты в данной области техники легко поймут, что все параметры, размеры, материалы и конфигурации, описанные в настоящем документе, представлены в качестве примера, и что фактические параметры, размеры, материалы и/или конфигурации будут зависеть от конкретного применения или применений, для которых используют изобретение. Специалисты в данной области техники узнают или смогут выявить, путем всего лишь обычного экспериментирования, множество эквивалентов конкретных вариантов осуществления изобретения, описанных в настоящей заявке. Поэтому понятно, что вышеуказанные варианты реализации приведены только в качестве примера, и что в пределах объема приложенной формулы изобретения и ее эквивалентов варианты реализации изобретения могут быть осуществлены на практике иным образом, чем описано и заявлено. Варианты реализации настоящего изобретения относятся к каждому отдельному признаку, системе, изделию, материалу, комплекту и/или способу, описанному в настоящей заявке. Кроме того, любая комбинация двух или более таких признаков, систем, изделий, материалов, комплектов и/или способов, если такие признаки, системы, изделия, материалы, комплекты и/или способы не являются взаимно несовместимыми, включена в объем настоящего изобретения.
1. Система обнаружения гингивита с использованием спектроскопии диффузного отражения, содержащая:
излучатель (102) света, выполненный с возможностью излучения света на область (104) ткани во рту пользователя;
по меньшей мере четыре чувствительных к длине волны фотодетектора (110, 112, 114, 116), выполненных с возможностью обнаружения оптических сигналов, диффузно отраженных через указанную область ткани, причем каждый из указанных по меньшей мере четырех чувствительных к длине волны фотодетекторов содержит фильтр (BPF1, BPF2, BPF3 и BPF4) для получения требуемых спектральных полос и фотодиод (D1, D2, D3 и D4), а фотодиоды расположены стопой друг на друге с возможностью генерации токовых дифференциальных сигналов для удаления нежелательной составляющей из оптических сигналов;
усилители, соответствующие фотодиодам,
и
блок (136) обнаружения гингивита, выполненный с возможностью приема выходных сигналов от соответствующих усилителей и обнаружения гингивита в указанной области ткани.
2. Система по п. 1, в которой излучатель света и указанные по меньшей мере четыре чувствительных к длине волны фотодетектора выполнены в зонде спектроскопии отраженного света (DRS).
3. Система по п. 1, дополнительно содержащая разделитель (108), выполненный с возможностью распределения отраженного света по указанным по меньшей мере четырем чувствительным к длине волны фотодетекторам.
4. Система по п. 3, в которой разделитель представляет собой разделитель из сплавленного волокна, дисперсионный разделитель или оптический волновод.
5. Система по п. 1, в которой излучатель света представляет собой белый светодиод с люминофором.
6. Система по п. 1, в которой фильтр для каждого из указанных по меньшей мере четырех чувствительных к длине волны фотодетекторов представляет собой полосно-пропускающий фильтр.
7. Система по п. 1, в которой токовые дифференциальные сигналы для фотодиодов (D1, D2, D3 и D4) расположены по возрастанию величины.
8. Система по п. 1, в которой токовые дифференциальные сигналы для фотодиодов (D1, D2, D3 и D4) включают в себя первый, второй и третий токовые дифференциальные сигналы для фотодиодов (D1, D2, D3 и D4) соответственно, при этом второй токовый дифференциальный сигнал больше, чем первый и третий токовые дифференциальные сигналы.
9. Система по п. 1, в которой расположенные друг на друге фотодиоды образуют стопу, имеющую нижний фотодиод, и нижний фотодиод оканчивается источником тока, управляемым по замкнутому контуру.
10. Система по п. 1, в которой расположенные друг на друге фотодиоды образуют стопу, имеющую нижний фотодиод, и нижний фотодиод генерирует фототок на уровне, позволяющем минимизировать самый большой из дифференциальных сигналов, подлежащих минимизации.
