牙菌斑和牙结石的分辨装置和方法与流程

1.本公开关于一种牙菌斑和牙结石的分辨装置，特别是利用牙菌斑和牙结石的自体萤光差异来分辨牙菌斑和牙结石的牙菌斑和牙结石的分辨装置。


背景技术：

2.细菌会对牙齿造成许多不良影响，例如牙结石、牙菌斑、牙龈炎、牙周病以及蛀牙等。定期检测牙齿是否有牙菌斑和牙结石是非常重要的。然而，牙菌斑和牙结石不容易由肉眼识别。因此，已经有各种牙菌斑和牙结石检测方法来帮助检测牙齿上是否有牙菌斑和牙结石。
3.举例来说，传统上会使用牙菌斑显示剂以区别牙菌斑与牙结石，但过程琐碎且检测后需费时清洗被染色的部分。因此，能够方便、快速检测和分辨牙齿上的牙菌斑和牙结石区域成为现今一个有挑战的课题。


技术实现要素：

4.本公开提供一种牙菌斑和牙结石的分辨装置。牙菌斑和牙结石的分辨装置包括发光二极管、影像感测单元、以及处理器。发光二极管沿着第一方向移动，并且在垂直于第一方向的第二方向上与口腔中的牙齿分开既定距离。发光二极管产生蓝光以照射牙齿，使得牙齿的牙菌斑产生第一自体萤光并且牙齿的牙结石产生第二自体萤光。影像感测单元被配置以感测第一自体萤光和第二自体萤光。处理器耦接至影像感测单元，以根据第一自体萤光和第二自体萤光分辨在牙齿上的牙菌斑区域和牙结石区域。
5.本公开提供一种牙菌斑和牙结石的分辨方法。牙菌斑和牙结石的分辨方法包括藉由发光二极管产生蓝光以照射口腔中的牙齿，使得牙齿的牙菌斑产生第一自体萤光并且牙齿的牙结石产生第二自体萤光，其中发光二极管沿着第一方向移动，并且在垂直于第一方向的第二方向上与牙齿分开既定距离；藉由影像感测单元感测第一自体萤光和第二自体萤光；以及藉由处理器根据第一自体萤光和第二自体萤光分辨在牙齿上的牙菌斑区域和牙结石区域。
附图说明
6.为了使本公开的描述方式能涵盖上述的举例、其他优点及特征，上述简要说明的原理，将通过图式中的特定范例做更具体的描述。在此须理解，此处所示的图式仅为本公开的范例，并不能对本公开的范围形成限制，本公开的原理通过附图以进行具有附加特征与细节的描述与解释。
7.图1根据本公开实施例显示了用以检测牙齿的装置的示意图。
8.图2根据本公开实施例显示了用以检测牙齿的装置的示意图。
9.图3根据本公开实施例显示了用以检测牙齿的装置的操作的示意俯视图。
10.图4根据本公开实施例显示了装置在不同位置时，牙齿接收到的蓝光照度的曲线
图，以及牙齿中的牙菌斑和牙结石的自体萤光的亮度的曲线图。
11.图5根据本公开实施例显示了用以检测牙齿的装置的操作方法的流程图。
12.图6a和图6b根据本公开实施例显示了在用以检测牙齿的装置的操作期间，被检测的牙齿的产生牙菌斑和牙结石的自体萤光的示意图。
13.图中标号说明如下：
14.110:牙齿
15.120:装置
16.122:发光二极管
17.124:影像感测单元
18.130:电子装置
19.150:网络
20.200:装置
21.202:输入装置
22.204:输出装置
23.206:发光二极管
24.208:影像感测单元
25.212:控制电路
26.214:处理器
27.216:储存装置
28.218:程序代码
29.220:收发器
30.300:装置
31.302:光源
32.304:影像感测单元
33.306:方向
34.308:方向
35.310-1:位置
36.310-2:位置
37.310-3:位置
38.400:多个牙齿
39.402:牙齿
40.404:区域
41.502:曲线
42.504:曲线
43.506:曲线
44.500s:操作方法
45.502s:操作
46.504s:操作
47.602:牙结石区域
48.604:牙结石
49.606:牙菌斑区域
50.608:牙菌斑
具体实施方式
51.以下的公开内容提供许多不同的实施例或范例以实施本案的不同特征。以下的公开内容叙述各个构件及其排列方式的特定范例，以简化说明。当然，这些特定的范例并非用以限定。举例来说，若是本公开书叙述了一第一特征形成于一第二特征之上或上方，即表示其可能包含上述第一特征与上述第二特征是直接接触的实施例，亦可能包含了有附加特征形成于上述第一特征与上述第二特征之间，而使上述第一特征与第二特征可能未直接接触的实施例。另外，以下说明书不同范例可能重复使用相同的参考符号及/或标记。这些重复是为了简化与清晰的目的，并非用以限定所讨论的不同实施例及/或结构之间有特定的关系。
52.为本公开内容的详述目的，除非特定否认，单数词包含复数词，反之亦然。并且字词“包含”其意为“非限制性地包含”。此外，进似性的(approximation)用语例如“大约”、“几乎”、“相当地”、“大概”等，可用于本公开实施例，其意义上如“在、接近或接近在”或“在3至5％内”或“在可接受制造公差内”或任意逻辑上的组合。
53.此外，其与空间相关用词。例如“在
…
下方”、“下方”、“较低的”、“上方”、“较高的”、及类似的用词，是为了便于描述图示中一个元件或特征与另一个元件或特征之间的关系。除了在图式中绘示的方位外，这些空间相关用词意欲包含使用中或操作中的装置的不同方位。举例来说，若在示意图中的装置被反转，被描述在其他元件或特征的“下方”或“在
…
下方”的元件也会因而变成在另外其他元件或特征的“上方”。如此一来，示范词汇“下方”会涵盖朝上面与朝下面的两种解读方式。除此之外，设备可能被转向不同方位(旋转90度或其他方位)，则在此使用的空间相关词也可依此相同解释。
54.此处所使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并且不限制本公开。如此处所使用的，除非上下文另外清楚的指出，否则单数形式“一”、“一个”以及“该”意旨在也包括复数形式。此外，就被用于详细描述及/或申请专利范围中的“囊括”、“包含”、“具有”、“有”、“含”或其变体的术语来说，这些术语旨在以相似于“包括”的方式而具有包容性。
55.除非另外定义，否则此处所使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与所属技术领域具有通常知识者通常理解的相同含义。此外，诸如在通用字典中定义的那些术语应该被解释为具有与其在相关领域的上下文中的含义中相同的含义，并且不会被理解为理想化或过度正式，除非在此处有明确地如此定义。
56.图1根据本公开的一个实施例显示了用以检测牙齿110的装置120的示意图。如图1所示，装置120可以至少包括一个发光二极管122、一个影像感测单元124以及可以整合至装置120内部的一个处理器(图1未显示)。
57.在一些实施例中，装置120的发光二极管122可以产生低波长的光。举例来说，发光二极管122可以产生波长在370nm至430nm的范围内的蓝光，以照射口腔中的牙齿110。在一些实施例中，发光二极管122可以被称为光源。更详细地说明，当使用发光二极管122来产生具有低波长的蓝光以照射口腔中的牙齿110时，牙齿110上的牙菌斑和牙结石会发生萤光反
应而产生自体萤光(autofluorescence)。在本公开实施例中，发光二极管122所发出的蓝光具有固定发光强度(luminous intensity)，并且发光二极管122是可移动的，使得发光二极管122可以在不同位置照射牙齿110，以影响牙齿110所接收的蓝光的亮度。
58.124可以感测或撷取牙菌斑和牙结石所产生的自体萤光。在一些实施例中，影像感测单元124可以是单点式的光侦测器(photodetector)或是阵列形式的感光元件(例如：感光耦合元件(charge coupled device，ccd)或互补式金属氧化物半导体(complementary metal-oxide semiconductor，cmos)。单点式的光侦测器可以直接对单一像素进行分析，而阵列形式的感光元件可以藉由影像处理方法将各个帧中属于相同区域的像素进行分析。在本公开实施例中，影像感测单元124是可移动的，并且在俯视上与发光二极管122重迭，并且与发光二极管122同时移动。在其他实施例中，影像感测单元124不会移动。
59.处理器可以耦接至影像感测单元124，以接收影像感测单元124所感测的牙菌斑和牙结石发出的自体萤光结果，并且根据自体萤光结果来分辨在牙齿110上的牙菌斑区域和牙结石区域。
60.装置120可以通过网络150连接至电子装置130，以传送处理器所分辨的包括牙菌斑区域和牙结石区域的口腔影像至电子装置130。示例性电子装置可以包括桌上型电脑、笔记型电脑、智慧型手机、个人数字助理(pda)、平板电脑或任何其他具有显示屏幕的装置。使用者可以通过电子装置130上的显示装置来观察影像中的牙齿110上的牙菌斑区域和牙结石区域。
61.网络150可以提供有线及/或无线网络。网络150也可以包括区域网络(local area network，lan)(例如：内联网)、无线区域网络(wireless local area network，wlan)或wi-fi网络、第三代(3g)或第四代(4g)移动电信网络、广域网络(wide area network，wan)、网际网络(internet)、蓝牙或其任何适当的组合。
62.在所示的实施例中，与发光二极管122被整合至装置120。应理解在其他实施例中，发光二极管122可以与装置120分开。具体来说，装置120可以不具有发光二极管122，并且一个外部光源被使用来照射口腔中的牙齿110。值得注意的是，装置120可以是一般的电子设备，像是牙镜等设备。虽然图1中的装置120以牙镜表示，但本技术领域中具有通常知识者应可以理解本公开并不限于此。
63.图2根据本公开的一个实施例显示了装置200的示意图。如图2所示，装置200可以与图1所示的装置120相同或相似。
64.在图2中，装置200可以包括输入装置202、输出装置204、发光二极管206、影像感测单元208、控制电路212及收发器220。控制电路212可以包括处理器214和储存装置216。应理解在装置200中，亦可能采用其他配置以及不同物件或省略某此物件，并且装置200仅为一个范例，并且不限制本公开。
65.输入装置202让使用者能够装置200互动，从而通过输入装置202控制装置200的操作。举例来说，输入装置202可以包括按钮或开关，以控制装置200中的其他部件的开关、移动、操作等。在其他实施例中，输入装置202可以包括麦克风、触控屏幕、键盘、滑鼠、动态输入、语音等等。在一些实施例中，多模式介面(multimodal)系统可以提供多种类型的输入以让使用者能够与装置200沟通。
66.输出装置204可以是显示装置，用以输出装置200所感测(例如：藉由影像感测单元
208)或经处理的口腔影像。输出装置204是可选的。在一些实施例中，装置200不具有输出装置204，装置200可以通过收发器220将所感测或经处理的口腔影像传送至外部电子装置(例如：电子装置130)，以通过电子装置上的显示装置来显示所感测或经处理的口腔影像。
67.与图1中的发光二极管122相似，发光二极管206可以产生具有低波长的蓝光，以照射口腔中的牙齿，使得牙齿上的牙菌斑和牙结石产生自体萤光。如上面所述，发光二极管206可以产生波长在370nm至430nm的范围内的蓝光。在一些实施例中，发光二极管206可以产生具有波长405nm的蓝光。波长为405nm的蓝光可以有效地使正常牙齿区域和异常牙齿区域(例如：牙菌斑和牙结石)产生可以检测到的自体萤光。如上面所述，在本公开实施例中，发光二极管206所产生的蓝光具有固定发光强度，并且发光二极管206是可移动的。
68.与图1中的影像感测单元124相似，影像感测单元208可以用于感测或撷取口腔影像，并且将口腔影像传送至处理器214，使得处理器214可以根据感测影像中的自体萤光分辨在口腔中牙齿的牙菌斑区域和牙结石区域。具体来说，影像感测单元208在感测或撷取口腔影像之后，口腔影像会被传送至控制电路212。接着，控制电路212可以通过处理器214执行在储存装置216中的程序代码218，以分析和处理口腔影像，并且分辨口腔影像中牙齿的牙菌斑区域和牙结石区域。如上面所述，在本公开实施例中，影像感测单元208是可移动的，并且在俯视上与发光二极管206重迭，并且与发光二极管206同时移动。在其他实施例中，影像感测单元208不会移动。
69.储存装置216连接至处理器214，储存装置216可以是非易失性存储器，并且可以是硬碟或其他类型的电脑可读媒体。电脑可读媒体可以储存电脑可读取的数据。举例而言，储存装置216可以为磁式卡带(magnetic cassettes)、快闪记忆卡、固态存储器装置、数字通用磁碟、盒式磁带(cartridges)、随机存取存储器、只读存储器与该等媒体的混合。
70.处理器214可实质上为一完全自足式计算系统，并包含多个核心或处理器、汇流排、存储器控制器、快取存储器等。多核处理器可为对称或非对称处理器。如上面所述，处理器214可以用来对口腔影像进行分析和处理，以分辨口腔影像中牙齿的牙菌斑区域和牙结石区域。
71.收发器220连接至控制电路212，以通过网络(例如：网络150)将处理器214所分析和处理的口腔影像传输至具有显示装置(例如：显示器)的电子装置(例如：电子装置130)，使得电子装置显示分析和处理后的口腔影像。使用者可以通过电子装置的显示装置观察在口腔影像中的牙齿的牙菌斑和牙结石。
72.图3根据本公开的一个实施例显示了装置300的操作的俯视图。装置300可以与图1的装置和图2的装置200相似或相同。如图3所示，装置300包括光源302(例如：发光二极管)和影像感测单元304。如上面所述，光源302和影像感测单元304在装置300中是可移动的。在一些实施例中，影像感测单元304在俯视上与光源302重迭，并且影像感测单元304和光源302可以同时移动。在一些实施例中，光源302和影像感测单元304可以沿着方向306移动。光源302和影像感测单元304在垂直于方向306的方向308上与口腔中的多个牙齿400分开既定距离r。在一些实施例中，既定距离r为约0.75cm，但本公开不限于此。影像感测单元304具有感测角度2θ。在一些实施例中，感测角度2θ在约30
°
至约45
°
的范围内，例如40
°
。此外，在一些实施例中，光源302所产生的蓝光具有固定发光强度。
73.在本公开实施例中，使用装置300照射多个牙齿400中的牙齿402的区域404作为示
例来说明如何分辨牙菌斑和牙结石。如图3所示，光源302可以产生蓝光照射牙齿402的区域404，并且可以沿着方向306在装置300中移动。随着光源302移动至不同位置，光源302与区域404的距离变化。举例来说，当光源302在位置310-1时，光源302与区域404相距既定距离r，如图3所示。当光源302移动至其他不同位置时，光源302与区域404相距距离r
×
secθ’，其中θ’是光源302与区域404的距离与方向308(区域404的表面的法线)之间的角度。在一些实施例中，由于影像感测单元304的感测角度2θ的限制，光源302与区域404最大相距距离r
×
secθ。在其他实施例中，光源302与区域404之间的最大距离受到光源302在装置300中的可移动距离影响。
74.如上面所述，光源302所产生的蓝光具有固定发光强度。随着光源302在不同位置，区域404可以接收到不同的蓝光照度。具体来说，区域404接收到的蓝光照度(e)可以遵循以下公式：
[0075][0076]
其中i是光源302所产生的蓝光的发光强度(如上面所述，发光强度是固定的)，θ’是光源302与区域404的距离与方向308之间的角度，并且r是光源302与区域404之间的距离。根据公式，可以知道在i为固定数值的情况下，照度与cosθ’成正比，并且与r2成反比。由于光源302与区域404之间的距离可以表示为r
×
secθ’，因此区域404接收到的蓝光照度(e)还可以遵循以下公式：
[0077][0078]
其中r是光源302在方向308上与区域404分开的距离(即既定距离r)。因此，根据公式，可以知道在i和r为固定数值(发光强度和既定距离是固定的)的情况下，照度与cos3θ’成正比。更具体来说，光源302与区域404的距离与方向308之间的角度越大(即θ’越大)，区域404接收到的蓝光照度越小。
[0079]
图4根据本公开的一个实施例显示了装置300在不同位置时，区域404接收到的蓝光照度的曲线图，以及区域404中的牙菌斑和牙结石的自体萤光的亮度的曲线图。x轴表示装置300的位置，装置300的位置从位置310-2移动至位置310-1，接着移动至位置310-3。左侧y轴表示区域404接收到的蓝光照度。右侧y轴表示区域404中的牙菌斑和牙结石(如果存在)的自体萤光的亮度。应理解图4的x轴和y轴的刻度仅示意为相对变化，并非绝对数值。
[0080]
如图4所示，根据光源302的位置，区域404接收到的蓝光照度可以如曲线502分布。当光源302在位置310-1的时候，区域404可以接收到最大的蓝光照度，并且当光源302在位置310-2和310-3的时候，区域404可以接收到最小的蓝光照度。如此一来，根据区域404接收到的蓝光照度，区域404中的牙菌斑和牙结石会产生不同的自体萤光的亮度。
[0081]
如图4所示，根据光源302的位置，区域404中的牙菌斑的自体萤光的亮度可以如曲线504分布，并且区域404中的牙结石的自体萤光的亮度可以如曲线506分布。因此，当光源302在不同位置位置，影像感测单元304可以感测到牙菌斑和牙结石的不同的自体萤光的亮度，从而处理器(例如：处理器214)可以根据这些不同的自体萤光的亮度分辨牙菌斑区域和牙结石区域。
[0082]
图5根据本公开的一个实施例显示了装置300的操作方法500s的流程图。在操作502s中，装置300的光源302和影像感测单元304可以沿着方向306移动，并且光源302产生蓝光照射口腔中的牙齿(例如：牙齿402的区域404)，同时影像感测单元304感测牙齿接收到蓝光后所产生的自体萤光。举例来说，如图3所示，光源302可以从位置310-2连续地移动至位置310-3，并且产生蓝光照射牙齿402的区域404，而影像感测单元304也可以从位置310-2连续地移动至位置310-3，并且感测牙齿402的区域404中的牙菌斑和牙结石的自体萤光。
[0083]
在操作504s中，装置300的处理器(图3未显示)可以根据所感测到的牙菌斑和牙结石的自体萤光来分辨牙齿402的区域404中的牙菌斑区域和牙结石区域。
[0084]
举例来说，处理器可以根据影像感测单元304从位置310-2至位置310-3的感测结果，分辨牙齿402的区域404中的牙菌斑区域和牙结石区域。如图4所示，当光源302和影像感测单元304从位置310-2往位置508移动时，牙结石的自体萤光能先被感测，因此处理器可以在影像感测单元304从位置310-2往位置508移动的期间判断出牙结石区域。如图6a所示，在影像感测单元304从位置310-2往位置508移动的期间，处理器可以判断在牙齿402的区域404中具有包括牙结石604的牙结石区域602。
[0085]
如图4所示，当光源302和影像感测单元304从位置508往位置510移动时，才开始感测到牙菌斑的自体萤光，因此处理器可以在影像感测单元304从位置508往位置510移动的期间判断出牙菌斑区域。如图6b所示，在影像感测单元304从位置508往位置510移动的期间，处理器可以判断在牙齿402的区域404中具有包括牙菌斑608的牙菌斑区域606。
[0086]
最后，如图4所示，当光源302和影像感测单元304从位置510往位置310-3移动时，区域404所接收到的光源302的蓝光照度不足以使牙菌斑区域606的牙菌斑608产生自体萤光，仅有牙结石区域602的牙结石604产生自体萤光，因此处理器可以判断在牙齿402的区域404中具有包括牙结石604的牙结石区域602。
[0087]
在一些实施例中，装置300的处理器可以分辨牙结石604和牙菌斑608的自体萤光的亮度，从而分辨牙齿402的牙结石区域602和牙菌斑区域606。举例来说，如图4所示，可以看到牙菌斑608的自体萤光的亮度(曲线504)小于牙结石604的自体萤光的亮度(曲线506)，因此处理器可以根据影像感测单元304所感测到的牙结石604和牙菌斑608的自体萤光的亮度差异，来分辨牙齿402的牙结石区域602和牙菌斑区域606。
[0088]
相较于现有技术，本发明的实施例提供多个优点，并应了解其他实施例可提供不同优点，于此不须讨论全部优点，并且全部实施例无特定优点。通过使用本公开实施例，本公开的装置和方法可以快速分辨牙齿的牙菌斑和牙结石，以帮助使用者快速检测出牙齿的问题。
[0089]
前述内文概述了许多实施例的特征，使本技术领域中具有通常知识者可以从各个方面更佳地了解本公开。本技术领域中具有通常知识者应可理解，且可轻易地以本公开为基础来设计或修饰其他制程及结构，并以此达到相同的目的及/或达到与在此介绍的实施例等相同的优点。本技术领域中具有通常知识者也应了解这些相等的结构并未背离本公开的发明精神与范围。在不背离本公开的发明精神与范围的前提下，可对本公开进行各种改变、置换或修改。

技术特征：
1.一种牙菌斑和牙结石的分辨装置，包括：发光二极管，沿着第一方向移动，并且在垂直于上述第一方向的第二方向上与口腔中的牙齿分开既定距离，其中上述发光二极管产生蓝光以照射上述牙齿，使得上述牙齿的牙菌斑产生第一自体萤光并且上述牙齿的牙结石产生第二自体萤光；影像感测单元，被配置以感测上述第一自体萤光和上述第二自体萤光；以及处理器，耦接至上述影像感测单元，以根据上述第一自体萤光和上述第二自体萤光分辨在上述牙齿上的牙菌斑区域和牙结石区域。2.如权利要求1的牙菌斑和牙结石的分辨装置，其中上述影像感测单元沿着上述第一方向移动。3.如权利要求2的牙菌斑和牙结石的分辨装置，其中上述影像感测单元在俯视上与上述发光二极管重迭，并且与上述发光二极管同时移动。4.如权利要求1的牙菌斑和牙结石的分辨装置，其中上述既定距离为约0.75cm。5.如权利要求1的牙菌斑和牙结石的分辨装置，其中上述发光二极管所产生的上述蓝光具有固定发光强度。6.一种牙菌斑和牙结石的分辨方法，包括：藉由发光二极管产生一蓝光以照射口腔中的牙齿，使得上述牙齿的牙菌斑产生第一自体萤光并且上述牙齿的牙结石产生第二自体萤光，其中上述发光二极管沿着第一方向移动，并且在垂直于上述第一方向的第二方向上与上述牙齿分开既定距离；藉由影像感测单元感测上述第一自体萤光和上述第二自体萤光；以及藉由处理器根据上述第一自体萤光和上述第二自体萤光分辨在上述牙齿上的牙菌斑区域和牙结石区域。7.如权利要求6的牙菌斑和牙结石的分辨方法，其中上述影像感测单元沿着上述第一方向移动来感测上述第一自体萤光和上述第二自体萤光。8.如权利要求7的牙菌斑和牙结石的分辨方法，其中上述影像感测单元在俯视上与上述发光二极管重迭，并且与上述发光二极管同时移动。9.如权利要求6的牙菌斑和牙结石的分辨方法，其中上述既定距离为约0.75cm。10.如权利要求6的牙菌斑和牙结石的分辨方法，其中上述发光二极管所产生的上述蓝光具有固定发光强度。

技术总结
牙菌斑和牙结石的分辨装置包括发光二极管、影像感测单元、以及处理器。发光二极管沿着第一方向移动，并且在垂直于第一方向的第二方向上与口腔中的牙齿分开既定距离。发光二极管产生蓝光以照射牙齿，使得牙齿的牙菌斑产生第一自体萤光并且牙齿的牙结石产生第二自体萤光。影像感测单元被配置以感测第一自体萤光和第二自体萤光。处理器耦接至影像感测单元，以根据第一自体萤光和第二自体萤光分辨在牙齿上的牙菌斑区域和牙结石区域。上的牙菌斑区域和牙结石区域。上的牙菌斑区域和牙结石区域。


技术研发人员：郑楷儒 陈毓训 李浩平 许通明 丁敬原 陈少昂 陈冠中 谢昕伦
受保护的技术使用者：广达电脑股份有限公司
技术研发日：2022.04.11
技术公布日：2023/10/7