相关申请的参考
本申请包含涉及2002年7月31日提交的美国专利申请第 10/209574号(“检查”应用)的主题，因此该申请以其整体被引入 作为参考。
技术领域
本申请一般涉及用于检查身体(特别是牙齿和皮肤)组织的设备 和方法，特别涉及包含对来自异常和健康组织的不同荧光发射进行检 测的这种设备和方法。
背景技术
已经提出利用荧光发射来检测例如龋齿、斑、结石以及诸如癌症 的其他身体组织异常情况的各种设备和方法。在这些设备中，需要这 样控制用于照射该组织的预定波长范围的光的数量，以致所诱发的荧 光的数量可控制地取决于组织特性。而且，为了最佳地对比照射光和 发回的(remitted)荧光，需要阻止该数量的照射波长范围的光达到 检测器和/或观察者。尽管如此，即使大部分所提出的和现有的设备都 控制这些方面，也仅部分地控制这些方面。
例如，美国专利US3711700涉及一种用于检查牙齿表面的显示发 光体(disclosing light)。该显示发光体被设计用于与荧光染料一 起使用，该荧光染料例如是荧光素钠。该显示发光体包括光源和位于 该光源后面的分色反射器，该分色反射器向前反射蓝光并向后反射其 余的光。第二分色滤光器位于该光源的前面，并且使蓝光透射并将红 外辐射反射回去。反射镜朝观察者反射黄光，并透射其他波长。该设 备不采取任何措施来控制进入口腔并因此与荧光干涉的环境光的量。
美国专利US 4266535公开了一种诊断灯，其与荧光染料一起使用 以检查牙齿表面。该灯包括与透镜一起使用以提供发散光线束的白炽 灯泡光源。利用具有外加的分色滤光器的蓝滤光器来过滤这些光线， 使这些光线剌射到荧光染料上。在折叠式的可调反射镜中可以观察所 得到的荧光。该设备也不控制进入口腔的环境光的量，并且所诱发的 荧光连同所反射的激发光作为一个整体来观察，而不是仅仅观察所诱 发的荧光。
美国专利US5957687公开了另一种诊断单元，其包括在壳体中所 容纳的已过滤的光源和反射镜。已过滤的光集中在蓝光频率范围，并 使荧光染料发荧光。这然后可在反射镜中观察到。
美国专利US4290433公开了一种利用冷光(luminescence)来 检测人牙齿中的龋齿的方法和设备。在两个预定波长处测量来自牙齿 的冷光，其中一个波长产生对于含龋齿的表面和不含龋齿的表面来说 几乎相同的冷光，而另一个波长产生对于含龋齿的表面来说更强的冷 光。生成与两个测量波长处的强度差相对应的信号。在没有蛀蚀的区 域进行基线测量，然后将探针指向其他区域以确定是否存在龋齿。
美国专利US4515476描述了一种用于目测牙齿表面的冷光能力之 差的设备。所公开的设备包括氩激光器，该氩激光器用于产生使从牙 齿表面发冷光的预定波长范围内的可见光。吸收滤光器被用于消除反 射和激光的预定波长范围内的冷光。用这种方式，可观察到作为暗区 的不健康的牙齿表面区域、例如龋齿。
美国专利US5894620公开了一种电动牙刷，其具有用于定位牙斑 的装置。该电动牙刷包括用于将激发辐射传送到牙齿表面的光纤以及 用于接收返回的冷光或荧光信号的(多根)光纤。然后对返回的信号 进行处理，从而激活表示存在斑的光信号或可听信号。
已经将防护罩与照射设备结合使用，并且已知的大多数通用防护 罩是遮阳伞或太阳眼镜，用于防止检测器(例如照相机)或人眼受到 强烈的日光照射。在牙科领域中，防护罩通常与治疗光系统一起使用， 例如美国专利US5288231；6155823和4615679中所述的防护罩。所 述的这些专利中的每个专利都描述了一种供治疗光设备使用的光防护 罩，其中该防护罩使(蓝光范围内的)光显著减弱，从而保护操作者 免遭来自治疗光的有害且分散的直接和间接光辐射。除了形状不同之 外，所有治疗光防护罩的共同之处在于它们保护用户的眼睛免遭治疗 光线枪所产生的有害光辐射。这些防护罩不控制到达牙齿组织中的修 复材料的环境光或治疗光的量，并且没有将这些防护罩设计成为观察 目的而基本上透射牙齿组织中所诱发的荧光。
根据该背景技术，仍然需要能够与各种检测技术结合的防护罩， 从而仅仅允许可控数量的特定波长范围的激发光照射需要检查的组 织，减少将这种组织暴露在环境光中，同时在检查中从该组织发回的 荧光基本上朝观察者或结合在照射设备中的检测设备透射。本发明解 决这些需要。
发明内容
因此，在一个实施例中，本发明提供一种与检测异常组织情况中 所用的手持工具一起使用的防护罩。该工具包含产生特定波长范围的 光的光源，有效地引起在视觉上可检测的来自正常和异常身体组织的 不同荧光发射。该防护罩允许组织在检查中暴露于来自光源的光中， 同时减弱环境光。从该组织发回的荧光透射通过该防护罩的壁，但阻 挡激发波长的光，从而改进正常和异常身体组织的不同荧光的直接可 视化。
在另一个实施例中，本发明提供一种与具有集成的照射设备的口 腔内荧光照相机一起使用的防护罩。在该实施例中，该防护罩阻挡环 境光，而将来自该照射设备的光引向需要检查的组织。从该组织发回 的荧光被引向照相机传感器。出于定量的目的，该实施例中的防护罩 也起到距离保持器的作用，以便一方面确保光源和该组织之间的距离 不变，另一方面确保该组织和照相机传感器之间的距离不变，从而保 证照射该组织的可控数量的辐射功率，以及依赖于该组织特性的相对 应的可控数量的发回荧光。
在该实施例的一些形式中，该防护罩由可变形的材料制成。在其 他形式中，该防护罩采取柱体、锥体或部分球形的形状。在一些实施 例中，将反射镜放置在一个或多个内表面上或一个或多个内表面中， 从而在一些实施例中提供可选择的视角。在其他实施例中，该防护罩 的至少一部分具有放大特性，以便所观察的口腔结构对观察者来说看 上去较大，而在其他实施例中，该反射镜具有放大特性。
本发明提供用于检查组织是否有异常、例如检查牙齿表面是否有 龋齿或可能表现为斑的细菌代谢物的改进的和替代的工具、设备和方 法。根据本文的描述，本发明的另外的实施例以及特征和优点对于本 领域的普通技术人员来说将是显而易见的。
附图说明
图1是根据本发明第一实施例的工具的透视图。
图2是根据本发明第一实施例的正用于检查牙齿的工具的侧视 图。
图3是根据本发明第二实施例的工具的透视图。
图4是根据本发明第二实施例的正用于检查牙齿的工具的侧视 图。
图5是根据本发明第三实施例的工具的透视图。
图6是根据本发明第三实施例的正用于检查牙齿的工具的侧视 图。
图7是根据本发明第四实施例的正用于检查牙齿的工具的侧视 图。
图8是根据本发明第五实施例的正用于检查牙齿的工具的透视 图。
图9是本发明第五实施例的侧视图。
图10是根据本发明第六实施例的工具的侧视图，以及根据本发明 第六实施例的分层光学部件的放大视图。
图11是根据本发明第七实施例的分层光学部件的侧视图。
图12是根据本发明第八实施例的分层光学部件的侧视图。
图13是根据本发明第九实施例的皮肤学应用的侧视图。
图14是根据本发明第十实施例的罩/过滤器的侧剖视图。
图15是根据本发明第十一实施例的罩/过滤器的透视图。
具体实施方式
为了促进对本发明原理的理解，现在将参考附图中示出的实施 例，并且将利用专门的语言来描述本发明。但是，应该理解，这些描 述并不意味着限制本发明的范围；由于本发明所涉及的领域的技术人 员来说一般会想到所描述或示出的实施例的任何改变和进一步的修改 以及如本文中所说明的本发明原理的任何其他应用，因此可以考虑上 述这些改变、修改和应用。
本发明一般涉及用于检查身体组织的工具，尤其涉及利用过滤器 结构进行组织检查的工具和方法，该过滤器结构能够有效地防止LED 所发出的光直接可视化，并提供该组织的更清晰的视图。由于本发明 的一些特征与检查应用(Inspection application)中所描述的那些 特征类似，因此从这些说明中省略一些普通元件的详细描述，但是在 此引入作为参考。
要注意的是，在本文件中，“过滤器”意味着只允许所选波长的 光通过物体或层。
图1和2示出本发明第一实施例、即牙科工具。在图1中，牙科 工具10包括手柄部分11以及以一定角度与该手柄部分11连接的尖端 部分12。发光二极管(LED)13固定到部分12的尖端，而过滤器结构 14连接到尖端部分12上，邻近LED 13并环绕LED 13。LED 13优选 地发出峰值强度在大约380nm和500nm之间的光，更优选的是发出峰 值强度在390nm和450nm之间的光。
当使用该工具时，将尖端部分12的至少一部分插入到口中，同时 过滤器结构14的开口端如图2中所示与牙齿表面直接接触。工具10 将来自LED 13的光发射到该牙齿表面上，并通过过滤器结构14来观 察该牙齿表面所产生的自发荧光。由于过滤器结构14的开口端直接接 触牙齿表面，并且来自LED 13的光不会泄漏到过滤器结构14的外面， 因此有效地防止来自LED 13的光的直接可视化。
在图3和4中示出了第二实施例。图中的牙科工具20包括过滤器 结构22，其呈锥形，并连接到部分12的尖端并且邻近LED 13。过滤 器结构22具有紧固到尖端部分12上的窄开口端和面向牙齿表面的宽 开口端。能够以与牙科工具10(参见图1)相同的方式使用该牙科工 具20，并且该牙科工具20具有通过过滤器结构22(如图4中所示) 所覆盖的牙齿表面可以比第一实施例(如图2中所示)所覆盖的牙齿 更宽的优点。
图5和6示出第三实施例。在图5中，牙科工具30包括通常具有 部分球体形状的过滤器结构32。以与在第二实施例中相同的方式设置 该过滤器结构32，并且该过滤器结构32具有与第二实施例相似的牙齿 覆盖能力。此外，过滤器结构32除了其过滤操作之外还提供放大功能， 以便产生该牙齿表面的放大视图。
图7示出第四实施例，其中牙科工具40具有部分锥形且部分半球 形的过滤器结构42。在该过滤器结构42的内表面中，设置有部分地覆 盖过滤器结构42的内表面的反射镜43。在第四实施例的一些形式中， 不具有反射镜43的一部分过滤器结构42具有放大特性。在一些其他 形式中，反射镜43涂有防雾处理(如本领域的技术人员已知的)，以 减少液体在反射镜表面上的凝结和聚积。根据该第四实施例，牙科工 具40将来自LED 13的光发射到牙齿表面上，在反射镜43中反射荧光 并通过过滤器结构42观察该荧光。
图8和9示出第五实施例。如图8中所示，牙科工具50包括手柄 部分11以及以预定角度设置在手柄部分11的端部的LED/过滤器结构 组件52。该LED/过滤器结构组件52包括环53、一个或多个LED 13、 以及过滤器55。LED 13设置在环53的一侧以便照射牙齿表面，而该 过滤器设置在环53的内部。为了使用牙科工具50，如图9中所示，将 环53保持在张开的口的附近，或将其插入到口中并定位在牙齿表面附 近，以便LED 13面向该牙齿表面。LED 13所发出的光射在牙齿上， 通过过滤器55观察由该牙齿产生的荧光。在牙科工具50中，可将过 滤器55构成为具有放大特性，以便在使用该工具的过程中提供该牙齿 的放大视图。
图10中示出本发明第六实施例，在图11和12中示出变型方案。 在图10中，发光元件13连同支承结构51(例如刚性线)和光学元件 52安装在手柄11的端部。光学元件52包括层53-56，其中层53和55 是抗反射层，层54是滤光器，而层56是反射镜涂层。图10中示出入 射到元件52上的示范性光线，标记为I。该实施例中的至少一些入射 光I是身体组织对元件13所发出的光的荧光响应。在入射光I穿过过 滤层54时对该入射光进行过滤，以便使所期望的波长通过并吸收其他 波长。当入射光线I到达反射镜涂层56时，该入射光线被反射并变成 为反射光线R。反射光线R再次穿过过滤层54以便进一步减弱不期望 的波长，并传播回到光学元件52的外面，优选地传播到观察者的眼睛。 抗反射层53和55因光学元件52中的内反射而降低对所观察的光线R 的衰减。
图11表示替代的光学元件52′，其包括与图10中的那些层类似的 层53-56。但是在光学元件52′中，发光元件13位于反射层56的后面， 孔57(穿过层53-56中的每一层)允许发光元件13经过光学元件52′ 的其余部分而到达所要检查的组织对象。该组织自身发荧光(如本领 域已知的并且上面提到的那样)并作为入射光I射到光学元件52′上， 并作为反射光R反射，如关于图10所示出的那样。孔57是圆柱形的 孔，垂直于层53的表面，在该表面的中央通过光学元件52′的所有层。 在替代的实施例中，孔57具有其他形状，并被放置其他位置处并以其 他角度放置在光学元件52′中，如本领域的技术人员将想到的那样。用 于将能量传给发光元件13的线穿过横跨光学元件52′的背部的导管 58。
另一个替代的实施例包括如图12中所示的光学元件52″。在该实 施例中，除了层53-56之外(关于图10所讨论的)，线59在光学元 件52″的周边(perimeter)附近延伸，以使发光元件13通过支承部 件51与电源相连接。
在图11～12中，用于照射发光元件13的能量通过支承部件51， 从而将发光元件13与电源相连接，该电源例如是手柄11中的电池盒。 在替代的实施例中，在通过变压器或整流器或者不通过变压器或整流 器的情况下从AC电源获得电力，如在那些替代的实施方案中所必需或 优选的那样。
本领域的技术人员将观察到，这些反射镜/过滤器组合提供优于金 反射镜和分离的过滤器的显著优点。关于前者，尽管金反射镜中的反 射可能具有增大的红色成分，但是其不能帮助观察绿色成分，这使诊 断更困难。此外，对用户来说，图10～12的集成的反射镜/滤光器与 标准反射镜和分离的过滤器相比更易于操作。
图13示出将本发明应用于皮肤病学。在该第九实施例中，支架60 支承放大镜62，该放大镜包括在一侧的用于照射对象64的皮肤的LED 环。过滤器/放大镜66充满外环62以提供一个窗，医生或技术人员通 过该窗来观察皮肤损害对来自LED的入射光的反应。支架臂68可相对 于支架60移动，以便观察者按照检查损害的必要或需要而移动放大镜 62。
在该实施例的替代形式中，支架60永久地或可拆卸地连接到检查 台、壁或照明设备上。支架臂68在该实施例的各种形式中都是可伸长 的。尽管根据对人的检查来说明本发明，并且本发明在应用于该目的 时特别有利，但是本发明也应用于其他动物或植物组织，如相关领域 的技术人员将想到的那样。
特别要注意的是，本发明的一些应用将是在皮肤病学领域中。例 如，癌检测(口腔癌和皮肤癌)和痤疮/黑头治疗可利用本文中所描述 和要求的本发明。
还要注意的是，本文中的防护罩的几何描述主要涉及防护罩的内 表面，但是外表面的轮廓描绘和成形对于本教导有关放大的美观性和 应用来说可能也是有用的。此外要注意的是，在本文中“柱体”的传 统数学定义主要指的是：“a：由平行于固定直线移动并且与固定的平 面闭合曲线相交的直线所示踪(trace)的表面，b：由柱体所限制的 并且平行平面与其所有元素都相交的空间”。
本领域的技术人员将理解，上面的特征可以彼此结合和/或与检查 应用中所公开的这些特征结合。本领域的技术人员也能够在本发明的 各个实施例中实施除了LED之外的发光元件。
转向图14，该图示出本发明第十实施例。该实施例涉及防护罩、 反射镜和过滤器装置，该过滤器装置非常适宜于检查牙齿结构并以可 控的设置捕捉图像。在该实施例中，手持部分61通常是圆柱形的，并 以较窄的端部63结尾。光源65和照相机孔67位于端部63的远端面 中。前者通过光源65发出一个或多个波长的光，而后者(孔67)接收 作为图像捕捉的光。孔67可包括透镜、一个或多个CCD、和用于图像 捕捉的其他部件，如本领域的普通技术人员将想到的那样。光源65同 样可包括一个或多个发光二极管等，如本领域的普通技术人员将想到 的那样。
光源65所发出的光穿过罩69，该罩也具有通常为圆柱形的形状， 但是在优选实施例中逐渐变细成为较窄的远端。来自光源65的光由平 面反射镜71反射，并穿过观察口73。该光诱发牙齿组织的自发荧光， 通过观察口73返回，由反射镜71反射，并在通过孔67被捕捉为图像 之前通过滤光器75。
可以观察到在该优选实施例中，罩69的长度和反射镜71、观察口 73和过滤器的配置允许牙科专业人员一致地定位该设备，以便获得随 时间一致地成比例的和所定位的图像。例如，专业人员可以将观察口 73直接放置在牙齿表面上，这样放置确保在图像捕捉过程中保持特定 的距离(从观察口73的底面的对象到反射镜71、到孔67，该距离是 固定的距离)。利用美国专利US6597934中所描述的设备和技术可以 获得甚至更准确的定位。在这些典型结构中，罩69的主体由不透明材 料、例如塑料构成，并且基本上阻止所有环境光进入内部并干扰在孔 67处的图像捕捉。在一些图像捕捉情况中，病人能够在罩69的周围闭 上其嘴唇，并基本上阻止所有光以任何方式影响图像捕捉。
在其他实施例中，罩69是一次性的，在一个病人使用之后将其丢 弃。在其他实施例中，透明塑料盖被放在更永久的罩69上，在使用之 后将该透明塑料盖丢弃。在其他实施例中，罩69更永久地固定到手持 部分(hand piece)61上，而在另一些实施例中，利用机械领域中的 技术人员已知的一种或多种连接机构使罩69咬合到手持部分61的端 部的位置中。
在其他实施例中，省略滤光器75，并且对通过孔67捕捉的图像进 行数字分析，以除去低于某一阈值(例如520nm或580nm)的频率分 量。可如上所述进行图像分析。
图15示出手持发光体和照相机设备80的远端，包括窄颈部分 (neck portion)81、白光LED 83、蓝光LED 85、照相机孔87和不 透明的距离保持防护罩89。窄颈部分81上的三路开关91具有三个位 置，其中(1)所有LED都断开，(2)蓝光LED接通，并且黄光过滤 器覆盖孔87的内部，以及(3)白光LED接通，并且灰光过滤器覆盖 孔87的内部。这样，专业人员能够利用白光和照相机来检查病人，然 后，甚至不用从病人口中移开工具就能获得病人(多个)口腔结构的 荧光图像，从而诊断牙齿或其他口腔结构的情况。
尽管已经在附图和前面的描述中详细地示出和描述了本发明，但 是本发明应适当地被认为是说明性的，而非限制性的，应该理解，仅 仅示出和描述了优选实施例，相关领域的技术人员会想到的所有改变 和修改都是要求保护的。此外，所有专利、公开文本、在先和同时的 申请以及本文中引证的其他文件在此以其整体被引入作为参考，如同 上述每一个都单独地被引入作为参考并得以全面地阐述。