JP2008161591A

JP2008161591A - 歯牙エナメル質の光散乱性の評価方法及び装置

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Publication number: JP2008161591A
Application number: JP2006356680A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Eshita; 義之江下
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 2006-12-29
Filing date: 2006-12-29
Publication date: 2008-07-17

Abstract

【課題】歯のエナメル質の光散乱性を好適に評価できる方法を提供すること。
【解決手段】評価対象となる歯の表面に、ピンホール２０を設けたマスク材２を配し、マスク材２を介して歯１０の表面に光を照射したときにピンホール２０を通して射出してくる射出光に基づいて歯１０のエナメル質の光散乱性を評価する。少なくともピンホール２０を含む領域を撮像して得られる画像から、ピンホールを通して射出してくる前記射出光の輝度を求め、該輝度を歯１０のエナメル質の光散乱性の尺度とすることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、歯牙、特に、生えている歯の歯牙エナメル質の光散乱性の評価方法及び装置に関する。

内因性の着色物質によって着色した歯を白く見せる技術に関し、本出願人は、下記特許文献１に記載の技術を提案している。この技術は、透明である歯牙エナメル質層の内部に白く見えて不透明な光散乱層を形成し、当該エナメル質層の内部に沈積された内因性の着色物質を該光散乱層によって遮蔽して歯を白く見せるものである。

上記技術においては、形成された光散乱層による光散乱の有無を評価しているが、その評価方法は、色差計を使用し、抜いた歯について、光散乱層を形成する口腔用組成物を含む液体に浸漬した場合の白さの変化を調べるとともに、該歯を割ってその割断面をマイクロスコープで写真撮影し、光散乱層の有無を調べるものであった。このため、より簡便で正確に、生えている歯（生体の歯）のエナメル質の光散乱性を評価する技術が望まれていた。特に、生えた歯のエナメル質についての光散乱性を評価する場合には、光散乱性の強い象牙質層の影響を抑えるために、表層のエナメル質層のみの光散乱性を評価する必要がある。

歯の表面からの散乱光の測定に関しては、下記非特許文献１に、複数本の光ファイバーを備えたプローブを使用し、歯の表面に光ファイバーを通して光を照射し、その反射光を別の光ファイバーを通して受光する技術が提案されている。しかし、この技術では、繰り返し測定する際に、プローブと歯の表面との距離や角度にずれが生じ、測定結果に大きな誤差が生じるおそれがある。また、この技術は、測定面付近の環境光の影響を受けやすいので、生えている歯の表面からの散乱光を精度よく測定することは困難となる。さらに、この技術は、歯等の対象物に受光部を接触させて測定を行うため、生えている歯に適用すると非衛生的である。

特開２００４−２１７６１７号公報 P. C. F. Borsboom et al., Fiber-optic scattering monitor for use with bulk opaque material, Applied Optics, Vol.21, No.19, 1 October 1982, p3531-3535.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、歯牙エナメル質の光散乱性を好適に評価することができる方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明は、評価対象となる歯の表面に、ピンホールを設けたマスク材を配し、前記マスク材を介して歯の表面に光を照射したときに該ピンホールを通して射出してくる射出光に基づいて歯牙エナメル質の光散乱性を評価する歯牙エナメル質の光散乱性の評価方法を提供するものである。

また、本発明は、歯牙エナメル質の光散乱性の評価方法を実施するための装置であって、ピンホールが設けられ、評価対象となる歯の表面に配されるマスク材と、少なくとも前記ピンホールを含む領域に光を照射する光源と、前記光源から光を照射したときに前記ピンホールを通して射出してくる射出光を受光する受光器と、前記受光器で受光した射出光の輝度を求める処理装置とを備えている歯牙エナメル質の光散乱性の評価装置を提供するものである。

本発明によれば、生えている歯のエナメル質の光散乱性を簡便且つ正確で衛生的に評価することができる。

以下、本発明をその好ましい実施形態に基づいて、図面を参照しながら説明する。
先ず、本発明の歯牙エナメル質の光散乱性の評価装置（以下、単に評価装置ともいう。）を好ましい実施形態に基づいて説明する。

図１は、本発明の評価装置の一実施形態を示す模式図である。評価装置１は、ピンホール２０が設けられ、評価対象となる歯１０の表面に配されるマスク材２と、少なくともピンホール２０を含む領域に光を照射する光源３と、光源３から光を照射したときにピンホール２０を通して射出してくる射出光を受光する受光器４と、受光器４で受光した射出光の輝度を求める処理装置５とを備えている。

マスク材２に設けるピンホール２０の測定部位の接触面側断面積は、０．０３〜２０ｍｍ²であることが好ましく、０．０７〜７．５ｍｍ²であることがより好ましい。ピンホール２０の断面積が斯かる範囲であると、表面近くのエナメル質の光散乱性を、象牙質のような深部の影響を受けずに評価することができる。断面積が大きい場合には照明の入射角（法線に対する角度）を大きくすることで歯牙エナメル質の情報を得ることができる。ピンホール２０の断面形態は、例えば、円形、楕円形、三角形、四角形、多角形、あるいはそれらを組み合わせた形状（例えば鍵穴形やダルマ径）等が含まれる。また、間隔をあけて複数個を組み合わせて使用することもできる。これらのうち、成形が容易な点から円形やスリットのような四角形等の形態が好ましい。特に、ピンホールの形状に応じた代表寸法を変化させることで深さ方向の情報を得ることができることから、該代表寸法を好ましい値に設定することが望ましい。例えば、円形のピンホールの場合には、直径を０．２〜３ｍｍとすることが好ましく、楕円形のピンホールの場合には、短径０．２〜３ｍｍ、長径０．４〜７ｍｍとすることが好ましく、スリット状の場合には、幅０．２〜３ｍｍ、長さ０．４〜７ｍｍとすることが好ましい。
また、マスク材２がピンホール長径、短径、もしくは幅の最も狭い部分の長さよりも厚い場合には、図２に示すように、ピンホール２０の光が照射される側のピンホール内周面にテーパーを設ける等を行うことで、照明光のピンホールへの入射を妨げず、上記照明断面積を保持することが好ましい。好ましいテーパーの角度θは、マスク材２の厚さにもよるが、９０〜１６０°である。

マスク材２の材質としては、光が透過しないようなものであればよく、アルミ、銅、ステンレス等の金属、非塗工印刷用紙、塗工印刷用紙、包装用紙などの紙類、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリアクリル、ポリ塩化ビニル、ＡＢＳ、シリコーンゴム、レジン等の合成樹脂が挙げられる。合成樹脂の場合には、光が透過しないように顔料を含ませるか、色付きフィルムを表面に貼るなどして不透過にする。また、ピンホールが成形された金属が紙やゴムなどの支持媒体にマウントされていても良いし、歯との接触面は黒色アルマイト加工や黒色塗料など光の反射を抑えるものがあると良い。ピンホール形成時の加工性や光の透過性を考慮すると、金属板であることが好ましい。

光源３は、少なくともピンホール２０を含む領域に光を照射できるものであればその光源の種類に特に制限はないが、環境光に影響されない程度の強い強度の光を照射できること、さらに一瞬だけ測定部位を照明できる点からフラッシュ光源が好ましい。レーザー光、ＬＥＤ照明、ファイバー光源を使用する場合には光源部にシャッターなどが設けてあることが好ましい。光の照射時間が長くなる場合には冷光線（赤外線領域をカットした光）を光源にする等によって測定部位の温度上昇等による乾燥を防ぐことが好ましい。また、光源３は、照射領域に均等に光を照射できるように、二カ所以上の対称位置から照射したり、受光器４を囲むようなリング型の光源を使用したりすることが好ましい。光源からの入射角（反射面の法線からの角度）が小さい場合にはより深い部分までの情報が、大きい場合には浅い部分の情報が得られる。光源３からピンホール内の測定部位（ピンホールの接触面側の中心）への入射角は、象牙質の影響を抑えて歯牙エナメル質の光散乱性を測定する上で、１０〜８０°が好ましい。対人での装置の設置など現実的な入射角の範囲は４５±１５°がより好ましい。

受光器４は、反射光を検出できる装置であればよく、少なくともピンホール２０を含み前記光源からの照射領域を画像として撮像できる装置が好ましい。このような受光器としては、電荷結合素子（ＣＣＤ）や相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）を備えたデジタルカメラ、フィルム式カメラ、ビデオカメラ、分光カメラ、光学系を備えたフォトダイオード等が挙げられる。詳細な画像を撮像できる観点から近接撮影（マクロ撮影）が可能なものが好ましく、その後の輝度の算出処理を考慮すると、撮影した画像を電子データとして保存できる機能を有するデジタルカメラやビデオカメラがより好ましい。また、受光器４の前には偏光フィルター、色フィルターなど適宜使用して良い。

処理装置５は、受光器４で撮像した画像からピンホール２０を通して射出してくる前記射出光から画像解析処理によって輝度を求めることができる装置であればよい。本実施形態では、前記画像の電子データから前記射出光の部分の輝度を求めることができる汎用の画像解析処理ソフトウェアを搭載したコンピュータシステムが使用される。

次に、本発明の歯牙エナメル質の光散乱性の評価方法を、その好ましい実施形態として、前記評価装置１を使用した実施形態に基づいて説明する。

本実施形態の評価方法は、図１に示すように、評価対象となる歯１０の表面に、ピンホール２０を設けたマスク材２を配し、マスク材２を介して歯１０の表面に光を照射したときにピンホール２０を通して射出してくる射出光に基づいて歯１０のエナメル質の光散乱性を評価する。

歯１０の表面へのマスク材２の配し方は、マスク材２の材質に応じて設定することができる。複数回の撮像操作の際に、マスク材がずれて測定結果に誤差が生じないようにする点から、歯に直接固定することが好ましい。マスク材２の歯１０への好ましい固定方法としては、粘着テープを使用する方法、マスク材を被験者に持ってもらう方法、マウスピースや歯型トレー、歯科用印象材などに固定する方法等が挙げられる。また、抜去歯を用いて測定を行う場合にはマスク材は固定して歯を手動でマスク材に接触させることもできる。取り付け、取り外しが簡便にできる点から被験者が自身の手で抑えるか、歯科用印象材で固定する方法が好ましい。

光源３からの光の強さは、例えば、フラッシュ光源を使用し、光源からピンホール間の距離が１０ｃｍであるときは、好ましくはガイドナンバー（ＩＳＯ１００・ｍ）が３〜６０、特に８〜２４であることが好ましい。また、ランプ光源を使用するときは、２００００〜２６６００００ルクス、より好ましくは４１０００〜１３３００００ルクスの照度の強さで光を照射することが、歯１０のエナメル質の散乱光性の評価に好ましい。光源３の前には偏光フィルター、色フィルターなどのフィルターを適宜使用してよい。

ピンホール２０を含む領域に照射する光の波長は、受光器４の感応波長の範囲と重なる範囲とすることが好ましく、白色光、単色光又は複数の単色光の組合せのどの場合であっても良い。

光源３による光の照射領域は、マスク材２の大きさとの関係から相対的に設定される。マスク材が測定対象である歯１本よりも大きく、光が周囲から回り込まない状態であれば、光の照射領域は、ピンホールより大きくすることが好ましい。反対に、マスク材が測定対象である歯１本よりも小さければ、光の照射領域をピンホールより大きく、かつマスク材２より小さい範囲とすることが好ましい。

上述の光源３による照射条件の下、受光器４で少なくともピンホールを含む領域の画像を撮像する。

得られた画像から前記処理装置５によって、該ピンホールを通して射出してくる前記射出光の輝度を求める。具体的には、ピンホール内全体の輝度の平均値、最大値、最頻値等を算出したり、ピンホール内の輝度の分布を求めたりする。そして、該輝度に基づいて前記歯牙エナメル質の光散乱性を評価する。具体的には、輝度の値が高い程、光散乱性が高く、歯の表面に光散乱層が形成されていると評価する。

以上説明したように、本実施形態の評価方法は、歯１０にマスク材２を取り付けて光源３から光を照射し、ピンホール２から射出されてくる射出光を受光してその輝度を求めるだけでよいので、表層のエナメル質の光散乱性を、簡便且つ正確に評価することができる。また、マスク材２を歯１０に固定しているので、繰り返し撮影しても各撮影間の差を少なくすることができる。さらに、歯に接触するのはマスク材のみであり、受光部は歯に非接触であるので、マスク材のみ交換・消毒すればよく、衛生的に評価を行うことができる。

本発明は、前記実施形態に何ら制限されない。
本発明は、生えている歯はもちろん、抜いた歯にも適用することができる。また、人の歯以外に、動物の歯にも適用することができる。

本発明によれば、歯牙のエナメル層の光散乱性を好適に評価することができるので、光散乱層を形成する口腔用組成物を適用した場合の美白効果の評価を生えた歯について直接的に行うことができる。

以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明する。なお、本発明は本実施例に何ら制限されない。

〔実施例１〕
表１に示す透明度の異なるプラスチックスの板（厚さ約３ｍｍ）を評価対象とし、下記の評価装置を使用し、下記撮像条件にて撮像して得られた画像の電子データから下記のようにして画像の輝度を求めた。なお、撮像は、同じ箇所について４回行い、その画像輝度の平均値を求めた。また、表１には、分光光度計（オーシャンオプティクス、ＵＳＢ２０００）で測定した波長５５０ｎｍの透過率を合わせて示した。その結果を表１に示す。

＜測定装置＞
マスク材：銅板（エドモンド製、ピンホールの断面積３．１４ｍｍ²（直径１ｍｍの円形断面）、厚さ１３μｍ、サンプルとの接触面は黒色塗装仕上げ）
光源：マクロツインフラッシュ（コニカミノルタ製）、ガイドナンバー８．５に設定
受光器：デジタルカメラ（「Ｄ２Ｘ」、ベローズアタッチメント「ＰＢ−６」（レンズ−カメラ本体間を約２４０ｍｍ伸張）、Ａｉマイクロニッコール１０５ｍｍＦ２．８Ｓ、ともにニコン製）ＩＳＯ１００相当、シャッター速度１／１２５秒、レンズ絞り値Ｆ１６に設定
処理装置：画像解析処理ソフト（アドビ製「ＰｈｏｔｏｓｈｏｐＣＳ」を搭載した市販のパーソナルコンピュータ）

＜撮像条件＞
光照射条件：入射角４５°
撮影倍率：約３．４倍
レンズ、先端からサンプルの歯（ピンホールの略中心位置）までの距離：約１０ｃｍ
電子データ：ＲＡＷ又はＲＧＢ−ＴＩＦＦ画像

＜画像処理による輝度解析＞
得られた画像の電子データを処理装置であるパーソナルコンピュータに取り込んで、前記画像解析処理ソフトで開き、ピンホール中心部（直径０．２ｍｍの円形）を範囲選択し、ピクセルの平均輝度をヒストグラムから読み取った。ピクセルの輝度は８−ｂｉｔ画像の場合０〜２５５の範囲で表され、０が黒、２５５が最も明るいことを示している。画像のピンホール部のピクセル輝度が高ければ、ピンホール内からの射出光の輝度が高い、すなわち測定対象部の光散乱性が高いと考える。８−ｂｉｔ画像の場合、輝度は６〜２５０の範囲であれば良く、この範囲にない場合は光源３の強度を、例えば後述する実施例４のように調整する必要がある。

表１に示したように、本実施例の評価方法及び装置によれば、光散乱性が高くなり透過率が下がっているプラスチックほど、ピンホールからの射出光の輝度が高く、物体の光散乱性に応じた平均輝度として解析できることがわかった。透明な物体の場合、反射光はほとんど観測されず、黒い物体として処理されるので、ピクセル輝度は５以下として記録される。白色のアクリル板の場合、光散乱性が高いので、ピクセル輝度も高く記録されるが、最高輝度２５５以下であるため、輝度飽和を起こさずに記録できることがわかった。

〔実施例２〕
二種類のピンホール（直径１ｍｍと０．５ｍｍの円形）を設けたマスク材を使用し、評価対象物を表２のように変更した以外は、実施例１と同様にして撮像を行った。本実施例は、白色アクリルを光散乱性の高い象牙質、透明アクリルを光散乱性の低いエナメル質を仮定し、撮像により得られる輝度の表層からの深さの影響を調べたものである。その結果を表２に示す。なお、評価対象に二種類の板が記載されている試験品７〜９は、透明アクリルの板を白色アクリルとピンホール（マスク材）の間に挿入している試験品である。

表２に示したように、本実施例の評価方法及び装置によれば、ピンホール径が１ｍｍの場合、表面から１ｍｍよりも厚い透明層を有する試験品８、９は、射出光の輝度は小さく、透明アクリル板のみの試験品５と同程度の輝度を示す。白色アクリルのみを使用した試験品６のように表面から光散乱層が占めるときが最も輝度が高く、表面から０．５ｍｍの深さまでが透明でそれより深い位置に光散乱層がある試験品７は、測定される輝度は両者の間に位置する値となる。このことから、ピンホール径が１ｍｍで照明光の入射角が４５°の場合、表面から１ｍｍ程度の深さまでの光散乱性に応じた輝度情報が得られることがわかった。ピンホール径が０．５ｍｍの場合も同様にして約０．５ｍｍ程度の深さまでの光散乱性を測定可能であることがわかった。人の永久歯のエナメル質の厚さは、最も厚い部分で２．５ｍｍ程度、また人の乳歯では０．５ｍｍ程度であることから、本発明の評価方法及び装置を使用することにより、歯牙のエナメル質の厚さに対応した光散乱性をその輝度を測定することで十分に評価できることがわかった。

〔実施例３〕
特開２００４−２１７６１７号公報の段落〔００５４〕に記載の牛の歯と同様にして処理を施した健常人から治療のため抜かれた大臼歯に及び未処理の大臼歯を評価対象とし、実施例１と同様にして輝度を求めてその光散乱性の評価を行った。その結果を表３に示した。なお、表３には、同公報と同様にして測定した色差計による色彩値をＬ^*ａ^*ｂ^*表色系で示した。Ｌ^*は明るさを表し、ａ^*は正の値のときは赤みを表し、ｂ^*は正の値のときは黄色味を表す。従って、Ｌ^*が大きく、ｂ^*が小さいほど歯は白いと言える。評価及び断面観察によるエナメル質層内の光散乱層の有無についても合わせて示した。

表３に示したように、試験品１０及び試験品１１をそれぞれ処理前後で比較すると、いずれの場合も、処理後サンプルは処理前に比べ平均輝度が高く、色彩値も白くなっていることがわかった。エナメル質に光散乱層ができるとエナメル質からの後方散乱光が強くなるためにピンホールからの射出光の輝度も高くなり、結果として象牙質の黄色をマスクする効果が高くなり白く見える、つまり色彩値のＬ^*が大きくｂ^*が小さくなったと考えられる。このことから、本発明の方法及び装置によれば、ピンホール内の輝度を測定することで、歯の白さ、特にｂ^*と相関の高い光散乱性を評価することができるとともに、歯の断面観察をすることなく、光散乱層の有無を評価できることがわかった。

〔実施例４〕
直径１ｍｍの円形ピンホールを設けた厚さ２５μｍのステンレスを黒色写真台紙に固定したマスク材を、被験者の前歯に密着させ、該マスク材を被験者に手で押さえてもらって固定した。ピンホールの撮像は実施例１と同じ装置を用いた。ただし、人の生えている歯は抜去歯のように乾燥状態ではなく透明に近い、すなわち光散乱性が低いため、フラッシュのガイドナンバーは１２とした。ピンホール内の輝度は市販画像処理ソフト（ＰｈｏｔｏＳｈｏｐＣＳ、アドビ製）で求めた。色彩値は歯科用色彩計（シェードアイＮＣＣ、松風製）で測定した。

表４に示したように、本発明の評価方法及び装置によれば、生えている歯のエナメル質の光散乱性の違いを輝度の違いによって検出することができる。この装置及び方法を用いれば、歯の断面を作製しての光の散乱性測定や光散乱層の形成有無の確認を行わずに光散乱性を測定できるので、生体に対しても安全かつ迅速に直接評価できることが可能である。

本発明の歯牙エナメル質の光散乱性測定方法における測定装置の一実施形態を模式的に示す図である。同測定装置のマスク材の一形態を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１歯牙エナメル質の光散乱性の評価装置
２マスク材
２０ピンホール
３光源
４受光器
５処理装置
１０歯

Claims

評価対象となる歯の表面に、ピンホールを設けたマスク材を配し、前記マスク材を介して歯の表面に光を照射したときに該ピンホールを通して射出してくる射出光に基づいて歯牙エナメル質の光散乱性を評価する歯牙エナメル質の光散乱性の評価方法。
少なくとも前記ピンホールを含む領域を撮像して得られる画像から、該ピンホールを通して射出してくる前記射出光の輝度を前記歯牙エナメル質の光散乱性の尺度とする請求項１に記載の歯牙エナメル質の光散乱性の評価方法。
請求項１に記載の歯牙エナメル質の光散乱性の評価方法を実施するための装置であって、
ピンホールが設けられ、評価対象となる歯の表面に配されるマスク材と、少なくとも前記ピンホールを含む領域に光を照射する光源と、前記光源から光を照射したときに前記ピンホールを通して射出してくる射出光を受光する受光器と、前記受光器で受光した射出光の輝度を求める処理装置とを備えている歯牙エナメル質の光散乱性の評価装置。
前記マスク材が不透明であり、前記ピンホールの断面積が０．０３〜２０ｍｍ²である請求項３に記載の歯牙エナメル質の光散乱性の評価装置。