JP5793290B2 - 歯科用計測装置 - Google Patents

Description

本件はＯＣＴを利用した歯科用計測装置に関する。

近年の歯科診療では予防の観点から、う蝕の進行度のみならず、完全なう蝕になる前の状態である初期う蝕の進行度、つまり歯の脱灰又は再石灰化の程度を診断し、診療方針の決定をすることが必要になってきた。
しかし特に初期う蝕の進行度の診断は、施術者の勘と経験に頼るしかなかった。
そのため、歯に励起光線を照射することにより発生する蛍光光線を検出して歯におけるう蝕、歯石、プラーク又は細菌感染を識別する方法および装置が一部で利用されるようになった。

特開２０００−２４０１３号公報

しかし、歯に励起光線を照射することにより発生する蛍光光線を検出する装置では、う蝕、歯石、プラーク又は細菌感染を識別することができるだけで、う蝕や初期う蝕の進行度、つまり歯の脱灰又は再石灰化の程度を診断し、診療方針の決定をすることは困難である。
そこで本発明では、う蝕や初期う蝕の進行度を自動的に判定する歯科用計測装置を提供する。

上記に鑑み本発明者は鋭意実験研究の結果下記の手段によりこの課題を解決した。
（１）歯牙の表面から深さ方向への１次元のＯＣＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）信号を取得する信号取得手段と、前記ＯＣＴ信号における、前記歯牙の表面に対応する信号強度ピーク位置の検出手段と、前記ＯＣＴ信号の信号強度分布を、う蝕の進行度に応じて分類する手段と、前記う蝕の進行度に応じて分類された分類値を表示する手段から構成されてなり、前記う蝕の進行度に応じて分類する手段が、主成分分析を利用するものであることを特徴とする歯科用計測装置。

（２）前記う蝕の進行度を表示する手段に代わり、前記う蝕の進行度をブザーの音色、音の長さ、メロディー又は音声等により施術者に知らせることを特徴とする前項（１）に記載の歯科用計測装置。
（３）前記信号取得手段が、コリメータレンズと光ファイバー、及びそれらを収納するケースとで構成された計測用のプローブを備えてなることを特徴とする前項（１）又は（２）に記載の歯科用計測装置。

（４）前記ＯＣＴ信号の信号強度分布をう蝕の進行度に応じて分類する手段が、初期う蝕を脱灰又は再石灰化の程度に応じてさらに複数の段階に分類するものであることを特徴とする前項（１）〜（３）のいずれか１項記載の歯科用計測装置。

１．本発明の請求項１の発明によれば、
歯牙の表面から深さ方向への１次元のＯＣＴ信号取得手段と、前記ＯＣＴ信号における前記歯牙の表面に対応する信号強度ピークの検出手段と、
前記ＯＣＴ信号の信号強度分布を、う蝕の進行度に応じて分類する手段と、前記う蝕の進行度に応じて分類された分類値を表示する手段から構成されてなり、前記う蝕の進行度に応じて分類する手段が、主成分分析を利用するものであるため、う蝕の進行度を自動的に判定することができる。
またＯＣＴの信号強度分布は、組織内の屈折率の変化、つまり組織内の微細な構造をそのままあらわしており、歯の脱灰又は再石灰化の進行状況に敏感に反応して変化するので、蛍光等の化学的性質を利用する他の方法より的確な診断ができる。

また、信号強度分布をう蝕の進行度に応じて分類する手段が、主成分分析を利用するものであるため、
信号強度分布を既に確立された統計的手法により短時間で正確に分類し、う蝕の進行度を判定することができる。

２．本発明の請求項２の発明によれば
う蝕の進行度を表示する手段に代わり、前記う蝕の進行度をブザーの音色、音の長さ、メロディー又は音声等により施術者に知らせるため、施術者は患者から目を離して表示部を見ることなく、う蝕の進行度を把握することができ効率的な診療が可能である。

３．本発明の請求項３の発明によれば
前記ＯＣＴ信号取得手段が、コリメータレンズと光ファイバー、及びそれらを収納するケースとで構成された計測用のプローブを備えてなり、
光走査機構やその他のレンズ等がなく、歯科診療で特に重要な計測用のプローブの低コスト化と軽量化を同時に実現できる。また構造が簡単であるため、患者に接触する部分を容易に取り外して滅菌したり、使い捨てにしたりできるので衛生的である。

４．本発明の請求項４の発明によれば
ＯＣＴ信号の信号強度分布をう蝕の進行度に応じて分類する手段が、初期う蝕を脱灰又は再石灰化の程度に応じて、さらに複数の段階に分類するものであるため、初期う蝕の進行度を自動的に判定し診療方針の決定に役立てることができる。
またＯＣＴの信号強度分布は、組織内の屈折率の変化、つまり組織内の微細な構造をそのままあらわしており、歯の脱灰又は再石灰化の進行状況に敏感に反応して変化するので、蛍光等の化学的性質を利用する他の方法より的確な診断ができる。

本発明の歯科用計測装置の外観斜視図 本発明の歯科用計測装置のプローブの縦断面図 前歯の縦断面を表す模式図 う蝕の無いヒト抜去歯のエナメル質表面から計測したときの計測結果 抜去歯の人工的な脱灰開始１０分後の計測結果 抜去歯の人工的な脱灰開始３０分後の計測結果 抜去歯の人工的な脱灰開始６０分後の計測結果

発明を実施するための最良の形態を以下に説明する。

図１は、本発明の歯科用計測装置の外観斜視図である。
図において、１は歯科用計測装置、２はプローブ、３は本体、３ａは表示部、３ｂはメインスイッチを示す。
図２は、本発明の歯科用計測装置のプローブの縦断面図である。
図において、２ａはコリメータレンズ、２ｂは光ファイバー、２ｃはケースを示す。
光ファイバー２ｂを接続したコリメータレンズ２ａが、先端を細くしたケース２ｃ内の先端近くに取り付けられる。
施術者は、プローブ２を手に持ち先端を計測部位に接触又は近接させて計測を行う。
光走査機構やその他のレンズ等がないため、軽量かつ低コストである。

図３は、前歯縦断面を表す模式図である。
図において、１１は前歯、１１ａはエナメル質、１１ｂは象牙質、１１ｃは歯髄、１１ｄは歯肉、１１ｅは歯槽骨を示す。
進行したう蝕はもちろん、初期う蝕でもその有無は施術者が目視により判断できるので、う蝕の進行度の判定を目的として、施術者は例えば前歯１１の表面のう蝕又は初期う蝕のある位置にプローブ２を接触又は近接させて計測を行う。
この場合は、前記表面はエナメル質１１ａであるが、エナメル質１１ａが失われている場合や、歯肉１１ｄが退縮している場合等は、エナメル質１１ａ以外の組織にプローブ２を接触又は近接させて計測を行うこともあり得る（図示せず）。
また実際の臨床では、前記前歯１１以外のすべての歯牙が対象となり得ることは言うまでも無い。
本発明者は、ＯＣＴ信号の信号強度分布をう蝕の進行度に応じて分類するための基準となるデータベースを作成しており、そのために臨床及び実験室で多数のデータを採取した。
それらのデータの一例として、ヒト抜去歯（犬歯）を実験室において酸を使用して人工的に脱灰させ、時間経過とともに脱灰が進む状態を作って計測した結果を図４〜７に示す。 そして、ＯＣＴ信号の信号強度分布が脱灰の程度に応じて変化することを以下に説明する。

図４は、う蝕の無いヒト抜去歯（犬歯）のエナメル質表面から計測したときの計測結果である。
これは人工的な脱灰を開始する前の状態である。
図において、２１は信号強度分布、２１ａはエナメル質表面のピークを示す。
信号強度分布２１のグラフは、横軸は深さ（μｍ）、縦軸は信号強度（ｄＢ）である。
横軸の０の位置が計測開始点で、ここでは歯牙表面から離れた空間のある一点である。
グラフ中の深さは計測開始点からの光学距離を表しており、後述する信号強度分布２２〜２４においても同様である。
エナメル質表面のピーク２１ａにおける横軸の数値は、エナメル質表面の位置（計測開始点からの光学距離）を表している。
ただし、光学距離は、該当する組織の屈折率に実際の距離を掛けたものである。

図５は、前記抜去歯の人工的な脱灰開始１０分後の計測結果である。
その他の計測条件は図４とまったく同じである。
図において、２２は信号強度分布、２２ａはエナメル質表面のピークである。人工的な脱灰を行っているので経過時間とともに脱灰は進む。
したがって図５は図４よりやや脱灰が進んだ状態であり、エナメル質表面のピーク２２ａの幅が、エナメル質表面のピーク２１ａの幅より広くなっていることが分かる。

図６は、前記抜去歯の人工的な脱灰開始３０分後の計測結果である。
その他の計測条件は図４とまったく同じである。
図において、２３は信号強度分布、２３ａはエナメル質表面のピークである。図５より脱灰が進んだ状態である。

図７は、前記抜去歯の人工的な脱灰開始６０分後の計測結果である。
その他の計測条件は図４とまったく同じである。
図において、２４は信号強度分布、２４ａはエナメル質表面のピークである。図６より脱灰が進んだ状態である。

以上の様に脱灰の程度によって信号強度分布が目に見えて変化する。
臨床におけるう蝕又は初期う蝕においても同様で、信号強度分布を見れば進行度に応じて分類することができ、コンピュータを利用して統計的手法で演算させれば短時間で正確に分類し、う蝕又は初期う蝕の進行度を判定することができる。

臨床において本発明の歯科用計測装置を使用する際、本体３に内蔵するコンピュータで行われる演算について説明する。
ここでは一例として、歯牙表面のエナメル質のう蝕又は初期う蝕のある位置において深さ方向へ１次元のＯＣＴ信号を取得し、
前記ＯＣＴ信号におけるエナメル質表面の信号強度ピーク位置を検出し、
前記ＯＣＴ信号の信号強度分布からう蝕又は初期う蝕の進行度を自動的に判定し表示する方法について以下に説明する。以下の説明では便宜上図６を利用する。

１．臨床にて施術者が本発明の歯科用計測装置を用いて、図６のように歯牙のエナメル質表面から深さ方向への１次元のＯＣＴ信号を取得する。
２．前記１次元のＯＣＴ信号において、必要に応じて高速フーリエ変換によるフィルタ処理を行い、前記ＯＣＴ信号からノイズとなる高周波成分を取り除く。この処理を行えば、以下の処理がより簡単になる。
またこれらの処理が、以下の処理も含め本発明の歯科用計測装置に内蔵されるコンピュータにより自動的に行われるものである。
３．必要に応じて高周波成分を取り除かれた前記ＯＣＴ信号の傾きの変化から、エナメル質表面に対応するピーク位置を検出する。つまりエナメル質表面のピーク２２ａにおける深さを求めるということであり、エナメル質表面のピーク２２ａでは２３００μｍとなる。
４．前記ピーク位置から後方の歯牙に対応している部分の前記ＯＣＴ信号の信号強度分布は、う蝕又は初期う蝕の進行度に応じて後述する分類方法により自動的に分類される。
５．分類の結果は、例えば英数字、記号、バーグラフ等を用いて表示される。

以下に、一例として主成分分析による前記分類方法について説明する。そのために、まず分類のために必要な固有ベクトルの求め方について説明する。
（１）う蝕又は初期う蝕の進行度が異なるサンプルを多数準備し、前記サンプル表面から深さ方向へ１次元のＯＣＴ信号のデータを十分に多く取る。
ここでデータ数はｍ個とする。
（２）必要に応じて高速フーリエ変換によるフィルタ処理を行い、各データからノイズとなる高周波成分を取り除く。
（３）各データの波形全体から歯牙表面に対応するピーク位置付近から後方の歯牙に対応している部分のデータを取り出す。
取り出したデータの範囲（長さ）はサンプル毎に等しくなるようにしておく。
（４）前記範囲における計測ポイント数をn個とし、取り出された各データをn次のベクトルと考える。データ数はｍ個であり、前記ベクトルをｍ×ｎ行列に置き換える。

（５）各行列の固有ベクトルを求める。固有ベクトルは第一、第二・・・の順に予め決めたところまで求めるが、最後の確認の段階で十分な分類精度が得られない場合は（５）からやり直し、より下位のものまで求める。
（６）多数準備した前記サンプルや、他のサンプルにて、再度、表面から深さ方向へ１次元のＯＣＴ信号を取得する。
（７）必要に応じて高速フーリエ変換によるフィルタ処理を行い、データからノイズとなる高周波成分を取り除く。
（８）データの取り出す範囲は（３）と同じにする。
（９）各データをn次のベクトルと考え、前記各行列の固有ベクトルとの内積を求める。
（１０）内積は各データと前記各行列の固有ベクトルとの距離を現しているので、これが最も小さいものが、各データの属するう蝕又は初期う蝕の進行度のグループとなる。
ここで、分類の精度が高ければ各固有ベクトルが確定するが、分類の精度が不十分な場合は、（３）や（５）に戻ってやり直す。
ここで、（１）から（１０）までの作業は本発明者により行われるものであり、前記各固有ベクトルは予め本発明の歯科用計測装置に入力しておくものである。

前項４．における分類方法について以下に説明する。これは確定した前記各固有ベクトルを使い主成分分析を利用した方法である。
ａ．前記ＯＣＴ信号の信号強度分布の波形全体から歯牙表面に対応するピーク２２ａの付近から後方の歯牙に対応している部分のデータを取り出す。データの取り出す範囲は（３）と同じである。
ｂ．前記データをｎ次のベクトルと考え、前記各固有ベクトルとの内積を求める。
ｃ．内積は前記データと前記各固有ベクトルとの距離を現しているので、これが最も小さいものが、各データの属するう蝕又は初期う蝕の進行度のグループとなり、分類が完了する。

本発明の歯科用計測装置を歯牙切削のためのエアタービンハンドピース、マイクロモータハンドピース、又は歯科用レーザー装置のプローブ等に装備し、計測しながら歯牙を切削することにより、う蝕又は初期う蝕の切削が完了した時点で自動的に前記エアタービンハンドピース、マイクロモータハンドピース、又は歯科用レーザー装置を停止させるようにし、健常組織の切削を最小限に留めることもできる。
本実施例では、1次元のＯＣＴ信号を取得するとしているが、２次元又は３次元のＯＣＴ信号を取得し、そこから必要な箇所の１次元のＯＣＴ信号を取り出しても良い。また、計測対象を歯牙とし、う蝕又は初期う蝕の分類を行うとしているが、歯科の他の症例や、皮膚科、眼科等の医療分野、工業分野、あるいは化粧品分野等においても、組成、構成、構造、密度、温度、圧力等により変化するＯＣＴ信号を利用すれば計測対象を必要に応じた方法で分類することができるので、あらゆる分野において応用できることは言うまでもない。

１：歯科用計測装置
２：プローブ
２ａ：コリメータレンズ
２ｂ：光ファイバー
２ｃ：ケース
３：本体
３ａ：表示部
３ｂ：メインスイッチ
１１：前歯
１１ａ：エナメル質
１１ｂ：象牙質
１１ｃ：歯髄
１１ｄ：歯肉
１１ｅ：歯槽骨
２１：信号強度分布
２１ａ：エナメル質表面のピーク
２２：信号強度分布
２２ａ：エナメル質表面のピーク
２３：信号強度分布
２３ａ：エナメル質表面のピーク
２４：信号強度分布
２４ａ：エナメル質表面のピーク

Claims (4)

1. 歯牙の表面から深さ方向への１次元のＯＣＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）信号を取得する信号取得手段と、
   前記ＯＣＴ信号における、前記歯牙の表面に対応する信号強度ピーク位置の検出手段と、
   前記ＯＣＴ信号の信号強度分布を、う蝕の進行度に応じて分類する手段と、
   前記う蝕の進行度に応じて分類された分類値を表示する手段から構成されてなり、
   前記う蝕の進行度に応じて分類する手段が、主成分分析を利用するものであることを特徴とする歯科用計測装置。
2. 前記う蝕の進行度を表示する手段に代わり、
   前記う蝕の進行度をブザーの音色、音の長さ、メロディー又は音声等により施術者に知らせることを特徴とする請求項１に記載の歯科用計測装置。
3. 前記信号取得手段が、コリメータレンズと光ファイバー、及びそれらを収納するケースとで構成された計測用のプローブを備えてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の歯科用計測装置。
4. 前記ＯＣＴ信号の信号強度分布をう蝕の進行度に応じて分類する手段が、
   初期う蝕を脱灰又は再石灰化の程度に応じて、さらに複数の段階に分類するものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の歯科用計測装置。