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CN109475285B - 双频牙齿检查 - Google Patents

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Abstract

描述了一种改进新腐烂组织或龋齿组织可视性的系统和方法。用具有低峰值波长(如405nm)的光照射牙齿组织并捕捉图像。然后，用具有高峰值波长(如450nm)的光照射同一牙齿组织并捕捉第二图像。这些图像被对齐并基于第一图像和第二图像中的至少一个创建输出图像，用该位置处的第一图像的红色值(R1)和第二图像的红色值(R2)之间的关系、以及该位置处的第一图像的绿色值(G1)和第二图像的绿色值(G2)之间的关系的函数来在特定区域中修改。该函数可以使用R2:R1和G1:G2两个比，如作为这些比的乘积的函数，以确定所施加的颜色调整。

Description

双频牙齿检查
技术领域
本发明涉及检查口腔结构以识别龋齿区域。更具体地，本发明涉及用于引起口腔结构的自发荧光并用于分析其图像以区分覆盖有牙菌斑的牙齿表面和清洁表面，并用于检测龋齿病变的系统和方法。
背景技术
利用传统的QLF技术(用峰值波长为约405nm的光激发，并且用长通黄色滤光器或滤光器阻挡激发光来捕捉图像)，可以通过相机或通过目视对口腔内环境中由活性细菌产生的卟啉的荧光进行成像，因为这些与健康牙齿相比呈红色。
因此，传统方法使覆盖牙齿的菌斑相对于牙齿的清洁表面可视化。
早期(初期)菌斑(不到3天)很难用这种方式来区分，因为菌斑覆盖区域与未覆盖区域之间的对比度较低。只有超过3-5天的菌斑才能轻松检测到。
发明内容
提出了一种用于检测初期菌斑的红色荧光的解决方案，其灵敏度和特异性均高于传统方法。
根据本公开的一个实施例是包括发光元件的设备、系统或套件，其分别提供峰值波长为约405nm和约450nm的入射光。相应的发光元件被分别通电，并且在相应的光下，通过长通滤光器(具有520nm的优选截止频率)将牙齿组织的荧光捕捉到单独的图像中。这些图像被操纵从而可以访问相应图像的与牙齿组织上的相同物理位置相关的部分。根据来自相应的图像的红色和绿色通道的值来创建新图像，包括加上叠加的基线图像，其中每个像素或区域根据这些红色和绿色通道而被选择。在该实施例的变型中，长波长发光元件具有430nm至490nm范围内的峰值，并且滤光器具有440nm至540nm范围内的相应截止频率。
在其它变型中，输出是多个比率中的一个比率的函数，其中分子是长波长入射光下红色通道强度与短波长入射光下红色通道强度之比，并且分母是长波长入射光下绿色通道强度与短波长入射光下绿色通道强度之比。如本领域技术人员鉴于本公开内容会想到的，该比率可以移位和缩放以满足各种潜在的预期输出环境。
另一实施例是一种显示或检查牙齿问题的方法。将峰值波长为约405nm的光投射在牙齿组织上，并且使产生的荧光通过长通滤光器(截止频率为约520nm)并作为第一数字图像被捕捉。熄灭405nm的光，并用峰值波长为约450nm的光照射。产生的荧光同样通过长通滤光器并作为第二数字图像被捕捉。这些图像被对齐，并根据两个图像来生成输出(如上所述)。
附图说明
图1是根据本公开的一个实施例的用于捕捉和分析图像的系统的示意图。
图2是在405nm和450nm的入射光下，来自健康牙齿和龋齿组织的自发荧光反应的示意图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明的原理，以下将结合附图中示出的实施例进行说明并使用特定语言对其进行描述。然而，应当理解的是，其目的并非旨在限定本公开的范围；所描述或说明的实施例的任意改变和进一步修改、以及其中所述的本发明原理的任意进一步应用，均认为是本发明所涉及领域的技术人员通常会想到的。
一般地，本系统的一种形式在牙齿组织上投射约405nm的光并捕捉该组织的过滤图像，然后，在牙齿组织上照射约450nm的光并捕捉该组织的过滤图像。这些图像被自动对齐，并且组织表面的每个像素处的相应的图像被分析。在该形式的一些实施例中，生成输出图像，其中叠加有附加数据(如特定颜色)以指示龋齿组织。在其它实施例中，使用色谱和/或色调、强度、α水平或其它特征的按比例增减来说明检测到的病变阶段。
本文的讨论利用了图2中所示的数据，即，当暴露于约405nm和450nm波长的入射光时，清洁牙齿组织和龋齿组织具有不同的自发荧光响应。这些图表提供了由多光谱相机捕捉的数据的可视化，其中每条曲线已经被标准化为580nm。从图2中可以看出，清洁组织在较短波长(可见光谱的绿色部分)发出的荧光多于初期菌斑，在405nm入射光下在较长(红色)波长下发出的荧光少于初期菌斑，而在450nm的入射光下，清洁组织和初期菌斑在绿色范围内发出的荧光大约相同，同时在红色范围内发散(初期菌斑发出更多荧光)。
转到图1，系统100包括相机102，其构造为通过长通滤光器104捕捉图像。在该实施例中，环106通常为圆环形，并且承载包括405nmLED 108和450nm LED 109的多个发光元件。环106位于相机102或长通滤光器104的前部圆周周围，从而使LED 108、109大体沿相机102的光轴发射光。相机102的输出与图像处理装置110通信，在该实施例中，图像处理装置110经由显示器120产生人类可视输出。
在操作中，系统100可以用于评估、诊断或表征患者牙齿130中的一个或多个牙齿的状况。为此，相机102指向患者口腔135的大致方向并聚焦在患者牙齿130上。在一些实施例中，这种聚焦操作手动发生，而在其它实施例中，如本领域技术人员可以想到的，这种聚焦操作利用数字或光学技术自动发生。在一些实施例中，利用环106上的一个或多个发光元件来发生聚焦，并且在一些实施例中，利用来自另一个源(未示出)的环境光和/或白光来发生聚焦。
然后，系统100捕捉两个图像，下面将对此进行讨论。环106上的第一组LED 108通电，使患者牙齿130暴露于峰值波长为约405nm的入射光。然后，患者牙齿130差异性地自发荧光，如本领域所熟知的，包括如美国专利6,231,338、7,813,787和7,813,790号中所描述的那样。长通滤光器104过滤由患者牙齿130的荧光产生的光，并且相机102捕捉经过滤的光作为第一图像。
然后，环106上的第一组LED 108断电，并且环106上的第二组LED 109通电，从而将患者牙齿130暴露于峰值波长为约450nm的入射光。然后，患者牙齿130以略微不同的方式差异性地自发荧光(参见图2)，长通滤光器104过滤由自发荧光产生的光，并且相机102捕捉第二图像。
图像处理设备110从相机102接收两个图像，将它们放在相同位置从而可以进行比较，使得可以在从对应于患者牙齿130上的相同位置的每个图像中导出的像素上进行数学操作。本领域技术人员已知的各种技术可以用于该重新定位或“配准”步骤。在一些实施例中，第二图像由自动系统从视频流中自动选择，该自动系统将第一图像(在LED 108下拍摄)与视频流的每一帧(在LED 109下拍摄)进行比较，直到找到并捕捉充分配准的帧。美国专利6,597,934中示出一种示例性动态比较技术，但是，如本领域技术人员将想到的，可以使用其它技术。
然后，图像处理设备110产生输出图像，其中每个像素的视觉分量是从两个输入图像上的对应位置导出的像素的颜色值的函数。在本实施例的一些形式中，输出像素计算为
Figure BDA0001893653120000041
其中α是缩放常数，β是将结果偏置至期望范围的常数，单色像素值R450nm、R405nm、G405nm和G450nm是在指示频率和Gpix的入射光下捕捉的图像中的红色或绿色像素颜色值。在一些实施例中，β是所用设备的光学性质的函数；关于相对像素值R450nm、R405nm、G405nm和G450nm的经验数据；和/或Gpix的计划下游用途。
在图1所示实施例的一个实施方式中，图像处理设备110创建两种图像中的一种图像以在显示设备120上显示。在一种图像中，输出图像由红色、蓝色和绿色通道构成，其中选择蓝色和绿色通道作为该像素位置处原始图像的整体亮度的函数(例如，(R405nm+R450nm+G405nm+G450nm+B405nm+B450nm)/6)，并且红色通道为Gpix。
在一些实施例中，通过创建基底图像来生成另一种图像，该基底图像取来自原始图像的每个通道的相应像素颜色值的平均值，然后根据该位置处的Gpix来叠加颜色。在一些实施例中，每当Gpix超过该位置处的特定阈值时，该叠加是恒定的亮红色。在其它实施例中，叠加是红色，其亮度根据Gpix而被调整(例如，在输出图像的红色通道R和Gpix都在0-255范围内的情况下，R＝128+(Gpix/2))。在其它实施例中，基底图像是在白光下捕捉的第三图像或在LED 108和/或109下捕捉的图像中的一个或两个图像的颜色校正版本。在其它实施例中，输出像素的颜色被选择为具有与Gpix不同的色调、α值、亮度或其它特性。
因此，一种牙齿组织的检查方法包括用405nm的光照射牙齿组织，过滤通过截止频率为约520nm的长通滤光器产生的荧光，并捕捉第一图像。然后，用450nm的光照射，产生的荧光同样通过长通滤光器，并捕捉第二图像。分析这两个图像以确定如何将每个图像的相应的部分映射到牙齿组织和/或特定位置，并作为第一图像和第二图像在相应的点处与相同的部分组织相关的一个或两个颜色分量的函数来生成输出。
由该系统和方法的各种实施方式执行的各种图像处理活动是使用储存在存储器设备中并由处理器执行的特殊编程实现的，所有这些都是本领域技术人员会想到的。例如，如本实施例中普遍引用的，“图像处理设备”包括与存储器通信的处理器、输入接口、输出接口和网络接口。存储器储存各种数据，但也用可执行程序指令编码以执行所描述的功能。如本领域技术人员将理解和容易实现的，适当地使用电源、接地、时钟及其它信号和电路。
网络接口将计算机连接至数据网络，以在计算机和附接至数据网络的其它设备之间数据通信，如蜂窝、卫星、Wi-Fi、WiMAX或本领域技术人员将想到的其它系统。输入接口管理处理器与一个或多个触摸屏、传感器、按钮、UART、IR和/或RF接收器或收发器、解码器或其它设备、以及传统的键盘和鼠标设备之间的通信。输出接口向显示器提供视频信号，并且可以向一个或多个附加输出设备提供信号，如本领域技术人员将会想到的LED、LCD或音频输出设备、本地多媒体设备、本地通知设备或这些及其它输出设备和技术的组合。
在一些实施例中，处理器是微控制器、图形处理单元、加速处理单元或从存储器读取程序的通用微处理器。处理器可以包括构造为单个单元的一个或多个构件。替代地，当为多构件形式时，处理器可以具有相对于其它构件远程定位的一个或多个构件。处理器的一个或多个构件可以是电子类构件，包括数字电路、模拟电路或两者。在一些实施例中，处理器是传统的集成电路微处理器装置，如一个或多个来自INTEL Corporation，2200MissionCollege Boulevard，Santa Clara，California 95052，USA或SEMPRON，ATHLON的CORE i3、i5或i7处理器，或来自Advanced Micro Devices，One AMD Place，Sunnyvale，California94088，USA的A系列处理器。在一些实施例中，如本领域技术人员将会想到的，一个或多个精简指令集计算机(RISC)处理器、图形处理单元(GPU)、专用集成电路(ASIC)、通用微处理器、可编程逻辑阵列、引擎控制单元或其它设备可以单独或组合使用。
同样地，各种实施例中的存储器包括一个或多个类型，仅举几个例子，如固态电子存储器、磁存储器或光存储器。作为非限制性实例，存储器可以包括固态电子随机存取存储器(RAM)、顺序可访问存储器(SAM)(如先进先出(FIFO)型或后进先出(LIFO)型)、可编程只读存储器(PROM)、电可编程只读存储器(EPROM)或电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)；光盘存储器(如可记录、可重写或只读DVD或CD-ROM)；磁编码硬盘驱动器、软盘、磁带或盒式介质；固态或混合驱动器；或这些存储器类型的多个和/或组合。此外，各种实施例中的存储器为易失性、非易失性、或易失性与非易失性非瞬时信号的混合组合。
在本文中，当某个行为被描述为“作为(特定事物)的函数”发生时，系统构造为下述方式：根据该事物的身份或一个或多个其它特征以不同方式执行行为。
本文引用的所有出版物、先前申请和其它文献均以引用方式整体并入本文，如同每个已通过引用单独并入并完全阐述。虽然已经在附图和前面的描述中详细说明和描述了本发明，但同样的内容被认为是说明性的而非限制性的，应当理解的是，仅示出和描述了优选实施例，并且本发明主旨内的所有改变和修改均应受保护。

Claims (14)

1.一种用于视觉检查牙齿组织的系统，包括：
第一光源(108)，具有第一峰值波长；
第二光源(109)，具有比所述第一峰值波长长至少10nm的第二峰值波长；
处理器；
成像单元(102)；以及
存储器，与所述处理器通信，所述存储器储存能够由所述处理器执行的程序指令，以：
使用所述成像单元(102)在所述第一光源(108)下捕捉牙齿组织的第一图像；
使用所述成像单元(102)在所述第二光源(109)下捕捉所述牙齿组织的第二图像；
确定与在所述第一图像中示出的所述牙齿组织上的点相关的第一红色值和第一绿色值；
确定与在所述第二图像中示出的所述牙齿组织上的所述点相关的第二红色值和第二绿色值；
创建所述牙齿组织的第三图像，其中所述第三图像的描绘所述牙齿组织上的所述点的部分被使用修正函数来调整，所述修正函数是下述两者的函数：
(i)所述第二红色值与所述第一红色值之间的关系，以及
(ii)所述第一绿色值与所述第二绿色值之间的关系，其中：
所述第一红色值与所述第二红色值之间的所述关系是所述第二红色值与所述第一红色值之比；并且
所述第一绿色值与所述第二绿色值之间的所述关系是所述第一绿色值与所述第二绿色值之比。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述修正函数是Gpix的函数，α是缩放常数，β是将Gpix偏置至期望范围的常数，R405nm是所述第一红色值，R450nm是所述第二红色值，G405nm是所述第一绿色值，并且G450nm是所述第二绿色值，并且
Figure FDA0002940330380000021
3.根据权利要求2所述的系统，其中在所述第三图像中的Gpix超过预定阈值的部分中，所述调整增加这些部分相对于所述第三图像的其余部分的亮度。
4.根据权利要求3所述的系统，其中在所述第三图像中的Gpix超过预定阈值的部分中，所述调整增加这些部分相对于所述第三图像的其余部分的红色通道的强度。
5.根据权利要求1所述的系统，
进一步包括显示器；并且
其中所述程序指令能够进一步由所述处理器执行以在所述显示器上显示所述第三图像。
6.根据权利要求1所述的系统，
进一步包括非易失性存储设备；并且
其中所述程序指令能够进一步由所述处理器执行以将所述第三图像保存至所述非易失性存储设备。
7.一种观察牙齿组织的方法，包括：
用具有第一峰值波长的第一光(108)照射所述牙齿组织并捕捉所述牙齿组织的第一图像；
用具有第二峰值波长的第二光(109)照射所述牙齿组织并捕捉所述牙齿组织的第二图像；
确定与在所述第一图像中示出的所述牙齿组织上的点相关的第一红色值和第一绿色值；
确定与在所述第二图像中示出的所述牙齿组织上的所述点相关的第二红色值和第二绿色值；
创建所述牙齿组织的第三图像，其中所述第三图像的描绘所述牙齿组织上的所述点的部分被使用修正函数来调整，所述修正函数是下述两者的函数：
(i)所述第一红色值与所述第二红色值之间的关系，以及
(ii)所述第一绿色值与所述第二绿色值之间的关系，其中：
所述第一红色值与所述第二红色值之间的所述关系是所述第二红色值与所述第一红色值之比；并且
所述第一绿色值与所述第二绿色值之间的所述关系是所述第一绿色值与所述第二绿色值之比。
8.根据权利要求1所述的系统或者权利要求7所述的方法，其中所述修正函数是下述项的函数：
所述第二红色值与所述第一红色值之比乘以
所述第一绿色值与所述第二绿色值之比。
9.根据权利要求7所述的方法，其中所述修正函数是Gpix的函数，α是缩放常数，β是将Gpix偏置至期望范围的常数，R405nm是所述第一红色值，R450nm是所述第二红色值，G405nm是所述第一绿色值，并且G450nm是所述第二绿色值，并且
Figure FDA0002940330380000031
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述调整增加所述第三图像中的Gpix超过预定阈值的部分的亮度。
11.根据权利要求9所述的方法，其中所述调整增加所述第三图像中的Gpix超过预定阈值的部分的红色通道的强度。
12.根据权利要求1所述的系统或者权利要求7所述的方法，其中所述调整是改变所述第三图像的所述部分的色调、α值或亮度。
13.根据权利要求1所述的系统或者权利要求7所述的方法，其中：
所述第一峰值波长为至少400nm且不超过410nm；并且
所述第二峰值波长为至少415nm且不超过500nm。
14.根据权利要求1所述的系统或者权利要求7所述的方法，其中：
所述第一峰值波长为约405nm；并且
所述第二峰值波长为约450nm。
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