使用激勵脈沖和返回脈沖之間的時間差的齲齒檢測的制作方法

專利名稱：使用激勵脈沖和返回脈沖之間的時間差的齲齒檢測的制作方法
技術領域：
本發明一般地涉及電磁能量過程設備，且更特定地涉及用于牙齒應用的電磁能量設備的使用。
背景技術：
齲齒的早期檢測是促進牙齒健康的一個重要方法。雖然傳統的牙齒齲齒檢測方法依賴于牙齒從業者的視覺觀察，但已開發了可增加牙齒專業人員檢測牙齒齲齒的能力的其他技術。這些方法的至少一個在名為“DEVICE FOR DETECTING DENTAL CARIES”的美國專利No5,306,144中被更完全地描述，此專利的全部內容通過參考在此合并，該方法涉及使用激光向牙齒上引導單色光。牙齒的齲齒區已知為通過發出熒光輻射來響應該光，熒光輻射是齲齒的特征，它在強度上和譜分布上與從健康牙齒返回的輻射不同。反射的輻射因此可以用于檢測牙齒齲齒。在現有技術中存在改進牙齒齲齒檢測的靈敏性和信息內容的需要。

發明內容
本發明通過提供了檢測牙齒齲齒的方法解決了此需要，方法包括將激光能量的激勵脈沖引導向牙齒的表面，且接收響應于激光能量的熒光輻射的相應的返回脈沖。根據方法的實現方式，確定了激勵脈沖和返回脈沖之間的時間延遲。
本發明的實施例可以包括用于檢測牙齒齲齒的器械，器械包括能生成激光能量的激勵脈沖的激光設備、能將激勵脈沖向牙齒表面引導的傳輸系統和能接收根據激勵脈沖的熒光輻射返回脈沖的檢測器。器械進一步包括能測量在激勵脈沖的發送和相應的返回脈沖的接收之間的時間延遲的控制器。
雖然為文法流暢目的，器械和方法已被或將被以功能解釋來描述，但應明白地理解權利要求不被解釋為以任何方式必需地由“裝置”的構造或“步驟”限制而被限制，除非在35 U.S.C 112中明白地規定，而是應根據等同原則下通過權利要求提供的定義的意義和等價物的全部范圍，且在其中權利要求明白地在35 U.S.C 112中規定的情況下，應根據35 U.S.C 112中的完全的法定等價物。
在此描述的任何特征或特征組合包括在本發明的范圍內，只要包括在任何這樣的組合內的特征如從上下文、此說明書和本領域普通技術人員的知識中顯見不相互矛盾。為總結本發明的目的，在此描述了本發明的某些方面、優點和新穎的特征。當然，應理解的是所有這些方面、優點或特征不必需地將在任何本發明的特定的實施例中實施。本發明的另外的優點和方面在如下的詳細描述和隨后的權利要求書中顯見。


圖1是根據本發明的例子的能將電磁能量傳輸到治療位置的傳輸系統的示意圖；圖2是圖示了根據本發明的例子的連接器的細節的示意圖；圖3是可連接到激光基部單元的模塊的實施例的透視圖，且模塊可接受圖2中圖示的連接器；圖4是圖3中圖示的模塊的實施例的前視圖；圖5是圖4中圖示的模塊的截面視圖，截面沿圖4的線5-5′截取；
圖6是圖4中圖示的模塊的另一個截面視圖，截面沿圖4的線6-6′截取；圖7是在圖1中示出的導管的實施例的示意圖；圖8是根據本發明的例子的手持件頂端的部分剖視圖；圖8a是圖8的手持件頂端的細節的示意圖，圖示了用于噴射空氣和水的混合室；圖9是圖7的近端構件沿圖7的線9-9′截取的截面視圖；圖10是手持件頂端沿圖8的線10-10′截取的橫截面視圖；圖11是手持件頂端的另一個實施例沿圖8的線10-10′截取的橫截面圖；圖12是電磁能量手持件頂端的另一個實施例沿圖8的線12-12′截取的橫截面圖；和圖13是描繪了根據本發明的實現方式的牙齒齲齒檢測方法的實現的流程圖；圖14是圖示了根據本發明的例子的用于確定相對時間延遲的技術的流程圖；和圖15是根據本發明的實現方式的可用于檢測牙齒齲齒的典型的器械的部分的方框圖。
具體實施例方式
現在將詳細參考本發明的優選實施例，其例子在附圖中圖示。在只要可能的情況下，在附圖和描述中使用的相同或相似的參考數字指相同或相似的零件。應注意的是附圖具有簡化的形式且未精確地符合比例。對于此處的披露，僅為方便和清晰的目的，例如頂、底、左、右、上、下、上方、下方、底下、后和前的方向術語關于附圖使用。這樣的方向術語不應解釋為以任何方式限制本發明的范圍。
雖然此處的披露涉及某些已闡述的實施例，但應理解的是這些實施例通過例子且不通過限制提出。雖然討論典型的實施例，但如下詳細描述的意圖應被解釋為覆蓋實施例的可能落在由附帶的權利要求書所限定的本發明的精神和范圍內的所有修改、變化和等價物。應理解且認識到的是在此描述的過程步驟和結構不覆蓋用于操作激光設備的完整過程。本發明可以結合多種常規地用于本領域中的技術實行，且僅提供對本發明的理解所需要的那些共同地實行的過程步驟包括在此。本發明一般地在激光設備領域具有應用性。然而，為說明性的目的，如下的描述適合于醫療激光設備和操作醫療激光設備來進行外科功能的方法。
更特定地參附圖，圖1是能將激光能量傳輸到治療位置的傳輸系統的示意圖。圖示的實施例包括使用連結元件25連接到電磁能量基部單元的電磁能量手持件20，電磁能量基部單元例如是激光基部單元30。連結元件25可以包括導管35，導管35可以包括一個或多個光纖、用于空氣的管道和用于水的管道等。連結元件25進一步可以包括連接器40，連接器40將導管35結合到激光基部單元30。連接器40可以是如在2005年7月27日提交的且名為“IDENTIFICATIONCONNECTOR FOR A MEDICAL LASER HANDPIECE”的美國申請No 11/192,334中更詳細地描述的識別連接器，此申請的全部內容通過參考在此合并。電磁能量手持件20可以包括延長部分22和形成為延長部分22的延伸的手持件頂端45。延長部分22可以在其內布置多個光纖，光纖可連接到包括在導管35內的光纖或與包括在導管35內的光纖是相同的光纖。近端(即相對地較靠近激光基部單元30)部分21和遠端(即相對地較遠離激光基部單元30)部分50可以布置在電磁能量手持件20的相應的近端和遠端。遠端部分50具有從它突出的光纖頂端55，這將在下文中更詳細地參考圖8描述。如所圖示，連結元件25具有第一端26和第二端27。第一端26聯接到激光基部單元30的接收器32，且第二端27聯接到電磁能量手持件20的近端部分21。連接器40可以通過以螺紋連接到形成為激光基部單元30的部分的接收器32而機械地連接到激光基部單元30。
連接器40的實施例在圖2中更詳細地圖示。圖示的實施例包括激光束傳輸導向連接件60，導向連接件60可以例如包括能將激光能量傳輸到電磁能量手持件20(圖1)的治療光纖65。圖示的實施例進一步包括多個輔助連接件，在此例子中輔助連接件包括反饋連接件115、照明光連接件100、噴射空氣連接件95和噴射水連接件90，輔助連接件可以連接到激光基部單元30(圖1)。多個輔助連接件進一步可以包括在圖2中不可見的連接件，例如激勵光連接件和冷卻空氣連接件。
在圖2中圖示的連接器40的實施例進一步包括帶螺紋的部分70，它可以與激光基部單元30(圖1)上的接收器32匹配而因此提供了到接收器32的連接。
圖3是模塊的實施例的透視圖，模塊可以連接到激光基部單元30(圖1)且形成它的部分，且模塊進一步可以接受連接器40(圖2)。圖示的實施例包括板75，板75例如通過插入到孔76內的螺釘可以緊固到激光基部單元30。模塊包括接收器32，接收器32可以在內表面80帶有螺紋以與連接器40(圖2)上的螺紋70匹配。(螺紋在圖3中未示出。)模塊的實施例進一步包括匹配到激光束傳輸導向連接件60(圖2)的激光能量聯接件61，激光能量聯接件61能向傳輸系統提供激光能量。實施例進一步包括多個輔助聯接件，包括噴射空氣聯接件96、噴射水聯接件91、冷卻空氣聯接件111和激勵光聯接件106。實施例還進一步包括反饋聯接件和照明光聯接件，它們在圖中不可見。可以包括一個或多個鍵槽85以保證連接器40以正確的方位連接到接收器32。
圖4是圖3中圖示的模塊的實施例的前視圖。在圖4中的視示了可用于將板模塊固定到例如在圖1中圖示的激光基部單元30的板75和孔76。進一步圖示了激光能量聯接件61、反饋聯接件116、照明光聯接件101、噴射空氣聯接件96、噴射水聯接件91、冷卻空氣聯接件111和激勵光聯接件106。在運行中，噴射水聯接件91與連接器40(圖2)內的噴射水連接件90匹配且能向它供給噴射水。類似地，噴射空氣聯接件96與連接器40內的噴射空氣連接件95匹配且能向它供給噴射空氣。另外，照明光聯接件101、激勵光聯接件106和冷卻空氣聯接件111分別與連接器40內的照明光連接件100、激勵光連接器(未示出)和冷卻空氣連接件(未示出)匹配，且能向它們分別供給照明光、激勵光和冷卻空氣。進一步地，反饋聯接件116與連接器40內的反饋連接件115匹配且能從它接收反饋。根據圖示的實施例，照明光聯接件101和激勵光聯接件106分別將光從發光二極管(LED)或激光光源聯接到照明光連接件100和激勵光連接件(未示出)。一個實施例使用了兩個白光LED作為用于照明光的光源。也在圖4中圖示了鍵槽85，它可以防止連接器40以不正確的方位連接到接收器32。
圖5是在圖3和圖4中圖示的模塊的截面視圖。截面沿圖4的線5-5′截取，線5-5′示出了激光能量聯接件61、反饋聯接件116和噴射水聯接件91的截面。水源120可以向噴射水聯接件91供給水。
圖6是圖3和圖4中圖示的模塊的另一個截面視圖。圖6的截面從圖4的線6-6′截取。圖中描繪了光源(例如LED 140)的截面，光源能向例如照明光聯接件101(圖4)和激勵光聯接件106之一或向二者供給光。氣動閘板125可以控制布置在激光基部單元30內的輻射濾光器130的位置，使得濾波器插入到起源自光源(例如LED 140)的光路中或從光路中移開。例如，可以提供一個或多個氣動閘板濾光器以使得能在例如聯接到照明光聯接件101和激勵光聯接件106的藍光和白光之間切換，以增進激勵和可見性。
圖7是在圖1中示出的導管35的實施例的示意圖。圖示的導管35的實施例包括多個近端構件，例如四個近端構件，包括第一近端構件36、第二近端構件37、第三近端構件38和第四近端構件39。第一、第二和第三近端構件36、37和38可以具有構造為容納一個或多個光發射器或其他管狀或延長結構的空心內部，它們的橫截面積小于導管35的空心內部的橫截面積。根據一個實施例，第一近端構件36包括照明光纖，第二近端構件37包括激勵光纖且第三近端構件38包括反饋光纖。第一、第二和第三近端構件36、37和38可以布置為使得每個近端構件的空心的內部與延長主體22(圖1)的空心內部連通。此布置提供了大體上連續的路徑，用于光發射器從電磁能量手持件20的近端部分21向遠端部分50延伸。
根據本發明的方面，第三近端構件38可以構造為接收來自電磁能量手持件20的反饋(例如反射或散射光)，且可以將反饋傳送到激光基部單元30。由第三近端構件攜帶的波導可以定位為在電磁能量手持件的輸出端或遠端50處圍繞治療光纖400(圖8，下文中)，如在以下更特定地描述。
第四近端構件39可以包括激光能量濾光器，它接收得自布置在激光基部單元30(圖1)內的鉺、鉻、釔、鈧、鎵、石榴石(Er，Cr:YSGG)固態激光器的激光能量。激光器可以生成具有波長大約為2.78微米、平均功率為大約6W、重復率大約20Hz且脈寬大約150微秒的激光能量。此外，激光能量可以進一步包括瞄準束，例如具有波長大約為655nm且平均功率大約為1mW的以連續波(CW)模式傳送的光。第四近端構件39可以聯接到或可以包括治療光纖65(圖2)，治療光纖65接收來自激光能量聯接件61(圖4)的激光能量。第四近端構件39進一步可以將從激光基部單元30接收到的激光能量傳送到電磁能量手持件20(圖1)的遠端部分50。
雖然圖示的實施例提供了四個近端構件，例如根據由激光基部單元30提供的光發射器的個數可以在附加的實施例中提供更多或更少的個數的近端構件。另外，圖示的實施例包括第一和第二近端構件36和37，它們具有大體上相等的直徑，且包括第三近端構件38，它的直徑小于第一和第二近端構件36和37的直徑的任一直徑。本發明也構想了其他的直徑構造。在典型的實施例中，近端構件與圖2中圖示的連接器40內的連接件連接。例如，第一近端構件36可以與照明光連接件100連接，且第二近端構件36可以與激勵光連接件(未示出)連接。第三近端構件38可以與反饋連接件115連接，且第四近端構件39可以與激光束傳輸導向連接件60和治療光纖65連接。近端構件36至39到連接件的接附可以在連接器40內部完成，根據本披露，接附的方式對本領域普通技術人員是已知的或顯見的，且未在圖2和圖7中圖示。
圖8是手持件頂端45(對比圖1)的部分剖視圖，它與激光基部單元30通過連結元件25和電磁能量手持件20的延長部分22聯接。圖示的實施例被外表面46包圍，它可以從激光基部單元30接收電磁(例如激光)能量、照明光、激勵光等。典型地，激光能量和光通過近端構件36至39(圖7)接收，如以上所描述，且通過例如布置在延長部分22和手持件頂端45內的光纖405的波導傳送，如以下參考圖10描述。例如，照明光(未示出)可以通過手持件頂端45接收，例如來自近端構件36和37(圖7)被光纖405(圖10，在圖8中未示出)運送且引導向布置在電磁能量手持件20的遠端部分50內的第一鏡425的照明光。在圖示的實施例中，第一鏡425將照明光向多個頂端波導430引導，如在下文中參考圖12更特定地描述。出離頂端波導430的照明光可以照亮目標區。
根據一個實施例，集中的電磁能量，例如激光能量401被例如治療光纖400的內部波導接收(例如通過第四近端構件39(圖7))和運送。激光能量401可以引導向第二鏡420，第二鏡420可以相對于照明光向第一鏡425的傳播方向遮蔽第一鏡425的至少部分，第二鏡420同樣地布置在電磁能量手持件20的遠端部分50。第二鏡420可以將激光能量401反射向且因此引導向光纖頂端55。相對于集中的電磁能量(例如激光能量401)，照明光可以包括另外的電磁能量的例子，如此描述是因為照明光和/或如下文中描述的激勵光可以包括展示出相對地低功率級的電磁能量，它被引導以照亮目標表面的部分，目標表面的部分可以例如圍繞集中的電磁能量所引導向的目標表面的部分。集中的電磁能量(例如激光能量401)可以通過光纖頂端55向目標表面引導。
在一些實施例中，各第一鏡和第二鏡425和420可以包括拋物形、環形和/或平的表面。圖8也圖示了在手持件內從冷卻空氣管線(未示出)接收的冷卻空氣的路徑445的簡化的視圖，手持件可以從冷卻空氣聯接件111(圖4)接收冷卻空氣。
在圖8中圖示的光纖頂端55可以封閉在具有遠端的頂端套圈105內。頂端套圈105與光纖頂端55一起可以形成可移開的可互換的單元，如在2004年9月17日提交的名為“OUTPUT ATTACHMENTSCODED FOR USE WITH ELECTROMAGNETIC-ENERGYPROCEDURAL DEVICE”的美國臨時申請No 60/610,757中更完全地描述，其全部內容在此通過到不互相不可相容的程度的參考而被包括。
圖9是沿圖7的線9-9′截取的第一近端構件36的橫截面視圖，展示了第一近端構件36(以及選擇地第二近端構件37)可以包括大體上熔合在一起以限定整體的光發射組件或波導的三個光纖405。在修改的實施例中，三個光纖405可以通過其他方式結合或不結合。根據其他實施例，一個或多個近端構件，例如第二近端構件37可以包括不同個數的光纖405。在圖示的實施例中，第二近端構件37可以包括六個光纖405(圖9)，它們開始分開且最終(例如在圖8的線10-10′處)圍繞激光能量波導，例如治療光纖400，如在手持件頂端45內沿圖8的線10-10′截取的圖10的橫截面視圖中圖示。在另一個典型的實施例中，第二近端構件37可以包括三個光纖405(圖9)，且第一個近端構件36可以包括三個光纖405(圖9)，所有六個光纖開始分開且最終(例如在圖8的線10-10′處)圍繞激光能量波導，例如在手持件頂端45內的治療光纖400。
圖11是手持件頂端45的另一個實施例的橫截面圖，橫截面沿圖8中的線10-10′截取。圖11描繪了激光能量波導，例如治療光纖400，它被例如光纖405的照明波導和例如光纖410的反饋波導所圍繞，所有光纖布置在外表面46內。以類似于參考圖10在以上描述的方式，例如光纖405的照明波導可以通過照明光聯接件101(圖4)、照明光連接件100(圖2)和例如近端構件36和/或37(圖7)從激光基部單元30(圖1)接收光能；且光纖405可以將光引導向電磁能量手持件20(圖8)的遠端部分50。在例如那些涉及齲齒檢測的修改的實現方式中，一個或多個光纖(例如光纖405)可用作用為照明、激勵和/或反饋波導。
繼續參考圖7和相關的圖，第三近端構件38可以包括六個相對地較小的光纖410，如在圖10的橫截面視圖中相同地示出。較小的光纖410和/或其他另外的波導可以布置在外表面46內。光纖410圖示為相互分開，但在另外的實施例中兩個或更多的光纖410可以熔合在一起或以其他方式結合在一起。光纖405和410可以使用常規的技術由塑料制造，例如使用擠出等。
根據本發明的方面，光纖410可以構造為從電磁能量手持件20接收反饋(例如反射或散射光)。光纖410可以定位為在電磁能量手持件的出口或遠端50處圍繞治療光纖400(圖8，下文中)。在特定實現方式中，光纖410可以構造為接收來自目標表面的反饋，而在修改的實現方式中，光纖410可以附加地或替代地構造為接收來自電磁能量手持件內的部件(例如光學部件)的反饋。例如，修改的實現方式可以包括具有由光纖頂端55接收的散射光435(圖8)形式的反饋。如在此所實施，光纖410定位為將接收到的反饋通過第三近端構件38且向激光基部單元30(圖1)傳送。
反饋波導，例如光纖410可以接收來自光纖頂端55(圖8)的反饋光且可以將反饋光傳送到第三近端構件38，第三近端構件38聯接到或包括反饋連接件115。反饋光可以由反饋聯接件116接收，反饋聯接件116將光傳送到布置在激光基部單元30(圖1)內的反饋檢測器145(圖5)。在其他實施例中，例如在以上所參考的名為“IDENTIFICATION CONNECTOR FOR A MEDICAL LASERHANDPIECE”的美國申請No 11/192,334中更完全地描述，激光基部單元30可以另外地供給噴射空氣、噴射水和冷卻空氣到電磁能量手持件20。
圖12是沿圖8的線12-12′截取的電磁能量手持件頂端45的另一個實施例的橫截面圖。本實施例圖示了被頂端套圈或套筒105圍繞的光纖頂端55，且選擇地被膠圍繞，膠填充了光纖頂端55周圍的腔130以將光纖頂端55保持在合適的位置。頂端波導430可以從第一鏡425(圖8)接收照明光且將照明光向目標引導。在一些實施例中，布置在手持件頂端45內的流體輸出415可以例如運送空氣和水。更特定地，出離照明光纖405(對比圖11)的照明光被第一鏡425反射到頂端波導430(圖8和圖12)內。雖然此照明光的部分也可能被第一鏡425(圖8)反射到光纖頂端55內，但光纖頂端55主要地從治療光纖400(對比圖11)接收相對地高級的激光能量401，該激光能量如在此所實施包括輻射，輻射包括切割束和瞄準束。在代表性的實施例中，來自出離了頂端波導430的照明光纖405的照明光是可變強度(例如可由使用者調節)的白光，用于便于對例如牙齒的目標表面的單個位置的觀察和靠近檢查。例如，借助于來自多個頂端波導430的光，可以更靠近地檢查和治療牙齒內的腔。
用于在手持件頂端45內將噴射空氣和噴射水混合的室的實施例的詳細描述在圖8a中示出。如圖示，混合室包括例如連接到管道(例如噴射空氣管線，未示出)的空氣入口413，管道連接到連接器40(圖2)內的噴射空氣連接件95且從噴射空氣連接件95接收空氣。類似地，水入口414可以連接到管道(也未示出)，管道連接到連接器40(圖2)內的噴射水連接件90且從噴射水連接件90接收水。空氣入口413和水入口414可以具有直徑大約250μm的圓形橫截面，它們以角度412結合，在典型的實施例中角度412可以是大約110度。混合可能在空氣入口413和水入口414結合處附近發生，且水和空氣的噴射(例如霧化)混合物416可以通過流體輸出415射出。在圖12中圖示的實施例描繪了三個流體輸出415。這些流體輸出例如可以對應于在2005年1月24日提交的名為“ELECTROMAGNETICALLY INDUCEDTREATMENT DEVICE AND METHODS”的美國申請No 11/042,824中描述的任何流體輸出，或包括部分或大體上包括全部此任何流體輸出，該申請的全部內容在此通過參考合并到相容的程度，或在其他實施例中在參考的臨時專利申請中描述的結構可以修改為與本發明相容。流體輸出415可以如在圖8和圖12中所圖示具有直徑大約為350μm的圓形橫截面。
可以檢測到且分析如以上參考圖7所描述的光的散射以監測多種狀況。例如，可以檢測和分析瞄準束的散射以監測例如傳送切割束和瞄準束的光學部件的完整性。在典型的實現方式中，瞄準束可能導致很少地到不導致回到反饋光纖410內的反射。然而，如果任何部件(例如第二鏡420或光纖頂端55)被損壞，則可能發生瞄準束光(在典型的實施例中可以是紅光)的散射。散射光435(圖8)可以被第一鏡425引導到反饋光纖410內，它可以將散射光輸送到激光基部單元30(圖1)。
根據本發明的方面，以上參考圖7所描述的光的散射也可以用于檢測多種狀況，例如牙齒齲齒。
圖13是介紹了根據本發明的牙齒齲齒檢測方法的實現方式的流程圖。根據圖示的實現方式，在步驟210中光激勵脈沖被引導向牙齒表面。例如，對于齲齒檢測，如已經描述可以從激光基部單元30接收照明光。可通過照明和/或激勵光纖405(圖10和圖11)傳送和從其發射照明光作為從大約360nm到大約580nm的譜范圍(例如，紫、藍、青、綠和黃光的范圍)的激勵脈沖。在修改的實施例中，作為替代可以使用具有例如大約406nm的波長(例如可見的紫色波長)的單色光。其他譜頻率或范圍也可以在其他修改實施例中使用。
根據一個實施例，用于齲齒檢測的光源可以包括從至少一個白光發光二極管接收到的白光，發光二極管例如布置在激光基部單元30內的LED 140(圖6)，LED 140的輸出可以聯接到或不聯接到本文中描述的濾光器。在其他的實施例中，至少一個光源的代表性的例子可以包括例如汞蒸汽燈、氪激光器、鹵素燈或染料激光器的燈。根據另一個實現方式，LED 140可以發射另一個類型的光(例如藍光)，藍光可然后被濾光以獲得希望的光輸出(例如白光或具有在大約360nm到大約420nm范圍內的波長的光)。因此，在典型的實現方式中，至少一個相應的濾光器135(圖7)可以布置在由至少一個光源生成的輻射的路徑中，以僅使得希望的波長通過，在圖示的實施例中希望的波長是大約360nm到420nm。雖然濾光器130或135示出為聯接到第一近端構件36(圖7)，但它可以附加地或替代地聯接到第二近端構件37(圖7)。在另一個實施例中，由氣動閘板125控制的濾光器130可以布置在激光基部單元30中。氣動閘板125可導致濾光器130插入到起源自光源(例如LED 140)的光路中或從光路中移開，光路例如繼續通過第二近端構件37(圖7)。根據再另一個實施例，氣動閘板125可以在白光和任何其他(濾光的)光之間切換。
參考圖6中的截面視圖，包括LED 140用于引導光通過氣動地控制的閘板濾光器130的一個實現方式例如可以向激勵光聯接件106(圖4)供給光。激勵光聯接件106能將光聯接到布置在圖2的連接器40內的激勵光連接件，雖然激勵光連接件在圖2的視圖中不可見。根據典型實施例，第二近端構件37(圖7)接收來自激勵光連接件的光，且將光傳送到在電磁能量手持件20的遠端部分50內的第一鏡425(圖8)。從第一鏡425反射的光可以例如被引導向在圖8和圖12中圖示的頂端波導430。類似于LED 140(圖6)的LED可以將光引導到照明光聯接件101(圖4)內。照明光聯接件101可以與圖2中圖示的連接器40內的照明光連接件100連接且將光聯接到照明光連接件100。照明光連接件100可以例如將光引導到第一近端構件36(圖7)，第一近端構件36將光傳送到第一鏡425(圖8)，從第一鏡425處將激勵光引導到頂端波導430(圖8和圖12)。用于激勵聯接件106的光源(例如LED 140)可以是與用于照明光聯接件101的光源不同類型的光源，或可以是相同類型的光源。
根據本發明的一個方面，進入激勵光聯接件106的光是脈沖的，其中脈沖持續時間可以在從大約0.001μs到100μs的范圍內。在代表性實施例中，脈沖持續時間可以是大約1μs。輻射可以包括相同脈沖的序列，或可以包括根據希望的應用變化的預先確定的脈沖形狀、間隔和/或持續時間的序列，以便于通過從牙齒返回的輻射，根據本領域普通技術人員已知的信號分析技術來檢測和分析牙齒的齲齒和/或其他特征。
根據一個實施例，照明光源和激勵光源都包括白光LED，但僅進入到激勵光聯接件106的輻射被處理以產生大約360nm到大約420nm的譜范圍的光(例如紫色光)，光如以上所述被脈沖。在另一個實施例中，圖4的照明光聯接件101也作為激勵光聯接件傳送，所以兩個激勵光纖(例如第一近端構件36和第二近端構件37)將激勵輻射(例如濾光和/或脈沖的輻射)從激光基部單元30向手持件20引導。
返回圖13，牙齒組織的齲齒位置響應于來自激勵脈沖的入射輻射而發出熒光輻射(例如可見紅光)。此熒光返回脈沖在步驟220中被接收。更特定地，熒光返回脈沖可以例如由頂端波導430(圖8和圖12)接收。熒光返回脈沖可允許對導致齲齒的不同類型/種細菌的識別，不同類型/種的細菌返回不同(例如變化的紅色色調)的熒光波長的輻射。熒光輻射可在強度、延遲和譜分布的一個或多個上與健康牙齒所返回的例如可能包括可見的綠色波長的輻射不同。因此，牙齒的齲齒位置可以顯現為亮斑，當對比于暗的背景顯示時，該亮斑清晰地顯出。因此，齲齒疾病的狀況可以相對地在早期，以相對地高級別的精確度和可靠性被檢測到。
作為反射和熒光性的結果從牙齒表面返回的輻射進入手持件20(圖1)的頂端波導430(圖8和圖12)用于處理。關于例如激勵光的生成，以及返回的輻射的處理以例如去除背景噪聲且便于定性和定量檢測齲齒的細節在名為“DEVICE FOR DETECTION DENTALCARLES”的美國專利No 5,306,144中描述，該專利的全部內容在此通過參考合并，參考到與本文的披露相容的程度或可由本領域普通技術人員修改到與本文的披露相容的程度，或參考到與本文的披露不互相地排斥的程度。
在典型的實施例中，被反饋聯接件116(圖6)接收的返回的輻射被激光基部單元30(圖1)內的第一濾光器(未示出)處理，第一濾光器使得譜范圍在620nm以上(例如橙色光以上)的輻射通過。通過第一濾光器的輻射因此被限制在較低端，且所以主要地含有其中相對地無較短波長的干擾背景輻射的熒光輻射。
在濾光器的接受波長以上的波長到達了激光基部單元30(圖1)內的光檢測器145(圖5)。光檢測器145被連接以接收來自第一濾光器的濾光后的輻射，且將濾光后的輻射轉化為用于定量評價的第一電信號。可以以已知的方式指示的第一電信號在圖示的實施例中近似地與由光檢測器145檢測到的輻射強度的水平成比例，且因此適合于用于對檢測到的齲齒狀況的程度的量化評估。因此，可分析牙齒的齲齒位置。
在一個實施例中，第一濾光器是窄帶濾光器，它接受從牙齒返回的其波長為大約636nm的輻射(對應于可見的紅光)。也提供了第二窄帶濾光器，它接收從牙齒返回的其波長大約為550nm的輻射(對應于可見的綠光)，該波長是來自健康牙齒組織的峰值反射波長。光檢測器145或另一個光檢測器將從第二窄帶濾光器濾光后的輻射轉化為第二電信號。由第一電信號除以第二電信號形成的商值可以自動地在激光基部單元30內確定，且商值可用于提供齲齒存在的指示。以其他方式陳述，即可將綠光峰的幅值與紅光峰的幅值比較來確定齲齒的存在和程度。
如在此所實施，在圖13中描繪的本發明的方法的實施形式的步驟230中，檢測給定的激勵脈沖和相應的返回脈沖之間的時間延遲。也可以在相同的圖中的步驟240中確定相對時間延遲。圖14是圖示了確定相對時間延遲的方法的實施形式的流程圖。根據本發明的方法的本實施形式，在步驟250中維持激勵脈沖和相應的返回脈沖之間的延遲的移動平均。與激勵脈沖相關的時間延遲在步驟260中接收，且在步驟270中，對給定的激勵脈沖和相應的返回脈沖之間的時間延遲與延遲的移動平均進行比較。在其他的實施例中，激勵脈沖可與相應的返回脈沖比較，比較強度、延遲和譜分布中的至少一個的差異。激勵脈沖和相應的返回(例如熒光)脈沖之間的給定的時間延遲(和/或另一個差異或其他差異)可提供對齲齒的深度的指示，其中較深的(例如表面下的)齲齒可能具有較長的延遲，和/或與和表面齲齒或健康組織相關的散射相比具有更大的散射。激勵脈沖的不同的長度能便于確定與牙齒表面有關的不同類型的信息。與分布較不廣泛的齲齒相比，在牙齒表面上分布較廣泛的齲齒例如可能導致返回脈沖具有更長的熒光時間。也可以檢測到不同類型的細菌的存在，檢測的程度為不同類型的細菌不同地影響返回脈沖的一個或多個特征。例如，不同類型的細菌可能具有不同的延遲時間或熒光時間。
除檢測齲齒外，一般地運送了比照明或激勵光的功率相對地更高的功率的切割束輻射從手持件頂端45的光纖頂端55發射，它可以用于齲齒治療。在這樣的例子中，具有從大約360nm到大約420nm的范圍內的波長(例如紫色光波長)的切割束輻射可以導致齲齒病原體靈敏地對切割束輻射起反應且死去。因此可實現早期牙齒齲齒治療而同時觀察治療的位置(例如以重復方式，使得進行多次反復)。
在一個實施例中，頂端波導430(圖8和圖12)和頂端套圈或套筒105容納(例如支承)在殼體440(圖12)內，殼體440可以包括例如金屬。根據一個實現方式，殼體440的內部是實心的，帶有布置在其內的腔，用于容納例如頂端套圈或套筒105和頂端波導430，且用于限定流體輸出415。在其他的實現方式中，殼體440和/或內部可以包括透明材料，例如透明塑料、藍寶石或石英，使得單個的頂端波導430可以選擇地被省略。因此，在一些實施例中，光可以通過內部的透明材料傳送而不需要布置或限定頂端波導430，所以內部可以包括僅用于頂端套圈或套筒105和流體輸出415的腔。
參考圖11，圖示的實施例包括被在涉及齲齒檢測的實現方式中可以用于照明和激勵的六個光纖405和三個反饋光纖410圍繞的激光發射光纖400。光纖405可以稱為照明/激勵光纖。在其他實施例中，可以使用更多的或更少的，或不同的尺寸或間距的照明/激勵光纖405(和/或頂端波導430)和/或反饋光纖410。根據本發明的一個方面，可以使用照明/激勵光纖405和/或頂端波導430的每個的兩個或多個，且在特定的實現形式中可以使用照明/激勵光纖405和/或頂端波導430的每個的三個或多個，以避免例如使用僅單個的(或兩個)照明/激勵光纖405和/或頂端波導430可能導致的陰影。
在代表性的實施例中，流體輸出415(圖12)在零度(第一參考)、一百二十度和二百四十度處分開。在另一個實施例中，六個照明/激勵光纖405和三個反饋光纖410(圖11)通過第一鏡425在光學上與九個頂端波導430(圖8和圖12)對齊且例如在一對一基部上聯接。例如，如果九個元件(例如六個照明/激勵光纖405和三個反饋光纖410)均勻地分開且布置在零度(第二參考，它可以與第一參考相同或不同)、四十度、八十度、一百二十度、一百六十度、二百度、二百四十度、二百八十度和三百二十度處，則九個頂端波導430可以類似地均勻地分開且布置在零度、四十度、八十度、一百二十度、一百六十度、二百度、二百四十度、二百八十度和三百二十度處。在另一個實施例中，例如頂端波導430布置為相對地接近地分開的三個一組，使得每組布置在兩個流體輸出之間，在頂端波導430可以布置在例如大約零度、三十五度、七十度、一百二十度、一百五十五度、一百九十度、二百四十度、二百七十五度和三百一十度處。在一個這樣的實施例中，頂端波導430可以同樣地布置在大約零度、三十五度、七十度、一百二十度、一百五十五度、一百九十度、二百四十度、二百七十五度和三百一十度處。進一步地，在這樣的實施例中，流體輸出可以在大約九十五度、二百一十五度和三百三十五度處布置在頂端波導的組之間。
圖10和圖11的橫截面視圖可以不被改變而替代地(或附加地)對應于圖8中更靠近(或緊接于)第一鏡425和第二鏡420的橫截面線10-10′，以說明在遠端將輻射輸出到第一鏡425和第二鏡420上的相應的結構。照明/激勵光纖405和反饋光纖410的直徑可以是不同的，如在圖10中圖示，或直徑可以是相同的或大體上相同的，如在圖11中圖示。在典型的實施例中，在圖11中的照明/激勵光纖405和反饋光纖410包括直徑為大約1mm的塑料構造，且在圖8和圖12中頂端波導430包括直徑為大約0.9mm的藍寶石構造。
圖15是可用于檢測牙齒齲齒的器械的實施例的部分的方框圖。圖示的實施例可以布置在激光基部單元30(圖1)內，實施例包括控制器500、定時器505、光發射器510和光接收器515。實施例進一步包括光分路器520、第一濾光器525、第二濾光器530、第一光檢測器535、第二光檢測器540和顯示設備550。系統總線545提供了通信和控制路徑，控制器500通過系統總線545能控制定時器505和光發射器510。系統總線545進一步為控制器500提供了裝置以接收來自第一光檢測器535和第二光檢測器540的電信號且與顯示設備550通信。
在運行中，控制器500可以導致光發射器510如上所述傳送光脈沖。控制器500進一步地可以與定時器505通信以接收代表光脈沖被傳送的時間的第一時間值。可以引導光通過例如在圖1中所圖示的連接器40，輸送通過導管35(圖2)，通向電磁能量(例如激光)手持件20，從第一鏡425(圖8)處反射且引導到頂端波導430(圖8)，頂端波導430將光引導到目標表面，例如牙齒的表面。可以由牙齒上的齲齒的熒光導致的反射光或散射光435(圖8)可以被引導通過頂端波導430，且引導到第一鏡425上，從第一鏡425反射，且通過電磁能量手持件20、導管35和連接器40輸送到激光基部單元30(圖1)，且被光接收器515(圖15)接收。
根據一個實施例，光接收器515將光引導到分路器520，分路器520將光的部分引導到第一濾光器525，且分路器520進一步將光的另一部分引導到第二濾光器530。如以上所描述，第一濾光器525可以包括例如窄帶濾光器，它使得波長大約為636nm(即大體上可見的紅光)的輻射通過。第二濾光器530可以包括第二窄帶濾光器，它使得波長為550nm附近(即大體上可見的綠光)的輻射通過。來自第一濾光器525的光(例如紅光)可以被第一光檢測器535接收，它根據從第一濾光器525通過的光的強度級產生了第一電信號。類似地，來自第二濾光器530的光(例如綠光)可以被第二光檢測器540接收，它根據從第二濾光器530通過的光的強度級造成了第二電信號。控制器500可以接收第一電信號和第二電信號，且可以如已描述的例如通過將第一電信號的幅值除以第二電信號的幅值來計算商值。控制器500可以將除法的結果與存儲的閾值進行比較，且可以在顯示設備550上根據結果提供指示。
當檢測到第一電信號和第二電信號時，控制器500進一步可以與定時器505通信，以確定光脈沖的傳送和相應的響應的接收之間的時間延遲。控制器500然后可以根據時間延遲向顯示設備550提供指示。另外，控制器550可以確定相對時間延遲，如以下參考圖14描述。
根據某些實現方式，來自功率或治療光纖的輸出可以例如引導到流體(例如來自手持件輸出端附近的水連接件和/或噴射連接件的空氣噴射和/或水噴射或霧化的流體微粒的分布)內，流體從手持件的流體輸出發射到目標表面(例如牙齒、骨骼、軟骨和軟組織的一個或多個)上。流體輸出可以包括多個同心地繞功率光纖布置的流體輸出，如在例如美國申請No 11/042,824和美國臨時申請No 60/601,415中描述。功率光纖或治療光纖可以聯接到電磁能量源，電磁能量源包括一個或多個在大約2.69微米到大約2.80微米的范圍內的波長和大約2.94微米的波長。在某些實現方式中，功率光纖可以聯接到Er:YAG激光器、Er:YSGG激光器、Er，Cr:YSGG激光器和CTE:YAG激光器的一個或多個，且在特別的例子中可以聯接到具有大約2.789微米的波長的Er，Cr:YSGG固態激光器和具有大約2.940微米的波長的Er:YAG的固態激光器的一個。包括用于將電磁能量引導到目標表面上的霧化的流體微粒分布的相應結構的器械在以下參考的美國專利No 5,574,247中披露，該專利描述了將激光能量給予流體微粒以因此向目標表面施加破裂力。
通過本披露，已經描述了利用電磁能量來診斷和/或影響目標表面的手持件。在使用光能的過程的情況中，例如在齲齒檢測中，手持件可以包括用于將治療能量傳送到目標表面以治療(例如切除)牙齒結構，例如牙齒的一個或多個功率或治療光纖，用于傳送用來照明和/或診斷目標，例如牙齒(例如且選擇地用于其他過程，例如治療或漂白)的光(例如藍光和/或白光)的多個光纖和用于從目標表面將光傳送回傳感器以用于分析的多個光纖。在某些實施例中，傳送藍光的光纖也可以傳送白光。根據本發明的此處披露的一個方面，手持件包括具有反饋信號端部的照明管和雙鏡手持件。在此處描述的實施例的任何實施例中，用于照明和/或診斷的光可以與治療能量的傳送和/或來自流體輸出的流體傳送同時傳送，或與它們間歇地傳送或分開地傳送。
在某些實施例中，以上實施例的方法和器械可以構造為且實施為使用(例如同時地或間歇地)到與包括任何以上參考的器械和方法的現有技術相容和/或不相互排斥的程度。在如下的轉讓給BioLaseTechnology Inc的專利中描述的相應的或相關的結構和方法在此通過參考它們的全部而合并，其中這樣的合并包括在如下的專利中的相應的或相關的結構(和它們的修改)，它們可以與根據本披露的本發明、如下專利的披露和本領域普通技術人員的知識和判斷(i)合作；(ii)經本領域普通技術人員修改以合作；和/或(iii)通過其或與其任何部分組合實現/使用，所述的專利包括美國專利No 5,741,247；美國專利5,785,521；美國專利5,968,037；美國專利6,086,367；美國專利6,231,567；美國專利6,254,597；美國專利6,288,499；美國專利6,350,123；美國專利6,389,193；美國專利6,544,256；美國專利6,561,803；美國專利6,567,582；美國專利6,610,053；美國專利6,616,447；美國專利6,616,451；美國專利6,669,685；和美國專利6,744,790。
根據前述，本領域普通技術人員將理解的是，本發明的方法和器械可以使用激光設備而便于檢測牙齒齲齒。雖然本發明已關于多個特定的例子和實施例描述，但應理解的是本發明不限制于此且本發明可以被以不同的方式實現。本領域普通技術人員在考慮前述描述時將想到對批露的實施例的多個變化和修改，變化和修改的程度為不互相排斥。另外，對于本領域普通技術人員，根據此處的披露其他的組合、省略、替代和修改是顯見的。因此，本發明應不被所披露的實施例限制，而是通過參考附帶的權利要求書限定。
權利要求
1.一種檢測牙齒齲齒的方法，其包括向牙齒表面引導至少一個激光能量的激勵脈沖；接收至少一個響應于電磁能量的相應的熒光輻射返回脈沖；和確定在至少一個激勵脈沖和至少一個相應的返回脈沖之間的至少一個時間延遲。
2.根據權利要求1所述的方法，進一步包括根據至少一個時間延遲確定相對時間延遲。
3.根據權利要求2所述的方法，其中相對時間延遲的確定包括維持在激勵脈沖和相應的返回脈沖之間的時間延遲的移動平均；接收時間延遲；和將時間延遲與移動平均進行比較。
4.根據權利要求1所述的方法，進一步包括根據強度、時間延遲和譜分布的至少一個將返回脈沖與相應的激勵脈沖進行比較。
5.根據權利要求1所述的方法，包括接收根據時間延遲的齲齒深度的指示。
6.根據權利要求1所述的方法，進一步包括將電磁能量引導向齲齒以進行齲齒治療。
7.一種用于檢測牙齒齲齒的器械，其包括能生成至少一個電磁能量的激勵脈沖的電磁能量設備；能將至少一個激勵脈沖向牙齒表面引導的傳輸系統；能接收至少一個對應于至少一個激勵脈沖的熒光輻射返回脈沖的檢測器；和能測量在至少一個激勵脈沖的發送和至少一個返回脈沖的接收之間的時間延遲的控制器。
8.根據權利要求7所述的器械，其中檢測器包括電磁輻射接收器；分路器；至少一個濾光器；和至少一個光檢測器。
9.根據權利要求8所述的器械，其中至少一個濾光器包括第一窄帶濾光器。
10.根據權利要求9所述的器械，其中第一窄帶濾光器使得波長為大約636nm的電磁輻射通過。
11.根據權利要求9所述的器械，其中至少一個濾光器進一步包括第二窄帶濾光器。
12.根據權利要求11所述的器械，其中第二窄帶濾光器使得波長為大約550nm的電磁輻射通過。
13.根據權利要求12所述的器械，其中至少一個光檢測器包括第一光檢測器和第二光檢測器；第一光檢測器能根據從第一窄帶濾光器接收的電磁輻射生成第一電信號；第二光檢測器能根據從第二窄帶濾光器接收的電磁輻射生成第二電信號；控制器能通過將第一電信號的幅值除以第二電信號的幅值來確定商值；和控制器能將商值與存儲的閾值進行比較，且能根據比較的結果在顯示設備上提供指示。
14.一種能檢測牙齒齲齒的器械，其包括能將電磁能量引導到牙齒表面的電磁能量設備；能根據電磁能量從牙齒接收反射的電磁輻射的檢測器；和能根據電磁能量和反射的電磁輻射測量時間延遲的控制器。
15.根據權利要求14所述的器械，其中電磁能量設備進一步能生成電磁能量脈沖。
16.根據權利要求15所述的器械，其中控制器能根據生成電磁能量脈沖的時間控制定時器；和控制器能根據生成的電磁能量脈沖根據接收反射的電磁輻射脈沖的時間控制定時器。
17.根據權利要求16所述的器械，其中控制器能確定時間延遲的移動平均、接收時間延遲和將時間延遲與移動平均進行比較。
18.根據權利要求17所述的器械，進一步包括電磁輻射接收器；分路器；第一窄帶濾光器；第二窄帶濾光器；第一光檢測器；和第二光檢測器。
19.根據權利要求18所述的器械，其中第一窄帶濾光器使得波長為大約636nm的電磁輻射通過；第二窄帶濾光器使得波長為大約550nm的電磁輻射通過；第一光檢測器能根據從第一窄帶濾光器接收的電磁輻射的強度生成第一電信號；和第二光檢測器能根據從第二窄帶濾光器接收的電磁輻射的強度生成第二電信號。
20.根據權利要求19所述的器械，進一步包括構造為接收第一電信號和第二電信號，且構造為通過將第二電信號的幅值除以第一電信號的幅值來確定商值的控制器。
全文摘要
披露了激光設備，激光設備將光引導到牙齒且分析從牙齒反射的散射光。設備測量了激勵光和反射光之間的時間延遲。反射光被分析以確定在牙齒上牙齒齲齒的存在和程度。
文檔編號A61N1/40GK101076295SQ200580027494
公開日2007年11月21日 申請日期2005年8月12日 優先權日2004年8月13日
發明者I·M·里佐伊烏, D·布托索夫 申請人:生物激光科技公司