RU2783816C2

RU2783816C2 - System for detection of gingivitis, using diffuse reflection spectroscopy

Info

Publication number: RU2783816C2
Application number: RU2021109932A
Authority: RU
Inventors: Олаф Томас Йохан Антони ВЕРМЁЛЕН; Алан Джеймс ДЕЙВИ; Стивен Чарльз ДИН
Original assignee: Конинклейке Филипс Н.В.
Priority date: 2018-09-11
Filing date: 2019-09-02
Publication date: 2022-11-18

Abstract

FIELD: medical equipment.

SUBSTANCE: invention relates to medical equipment, namely to a system for detection gingivitis, using diffuse reflection spectroscopy. System (100) contains light emitter (102), four photodetectors (110, 112, 114, 116) sensitive to a wavelength, amplifiers, a gingivitis detection unit. The light emitter is made for light emission on an area of tissue (104) in the user’s mouth. Photodetectors are made for detection of optical signals diffuse reflected through the area of tissue. Each photodetector contains filter (BPF1, BPF2, BPF3, and BPF4) for obtaining required spectral bands, and photodiode (D1, D2, D3, and D4). Photodiodes are located in a stack one above the other for generation of current differential signals for removal of an undesired component from optical signals. Amplifiers correspond to photodiodes. The gingivitis detection unit is made for reception of output signals from amplifiers and detection of gingivitis in the area of tissue.

EFFECT: system for detection of gingivitis, using diffuse reflection spectroscopy, is provided.

10 cl, 5 dwg

Description

Область техникиTechnical field

[0001] Настоящее изобретение относится в целом к блоку предварительной обработки сигналов для обнаружения воспаления ткани, в частности гингивита, с использованием спектроскопии диффузного отражения (DRS).[0001] The present invention relates generally to a signal pre-processing unit for detecting tissue inflammation, in particular gingivitis, using diffuse reflectance spectroscopy (DRS).

Уровень техникиState of the art

[0002] Обнаружение гингивита с использованием спектроскопии диффузного отражения (diffuse reflective spectroscopy, DRS) в настоящее время осуществляют при помощи маленьких угловых зондов, расположенных вокруг одного или более оптических волокон, которые переносят свет вследствие ограниченного пространства в ротовой полости. Такие маленькие зонды полезны для измерения в интерпроксимальных пространствах, где обычно возникает гингивит. Однако при контакте такие маленькие зонды могут оказывать большое давление на ткань, отталкивать кровь и тем самым нарушать измерение характеристик крови на основе DRS. Таким образом, измерения на основе DRS предпочтительно проводят в бесконтактном режиме, и требуемый бесконтактный режим приводит к обнаружению зеркально отраженного света в дополнение к требуемой составляющей диффузного отражения. Поскольку диффузный отраженный свет (то есть свет, распространяющийся через ткань) сильно ослаблен, эти зеркальные составляющие могут стать относительно большими. [0002] Detection of gingivitis using diffuse reflective spectroscopy (DRS) is currently performed using small angled probes placed around one or more optical fibers that carry light due to limited space in the oral cavity. Such small probes are useful for measuring in interproximal spaces where gingivitis usually occurs. However, upon contact, such small probes can exert a lot of pressure on tissue, repel blood, and thereby interfere with DRS-based blood measurement. Thus, DRS-based measurements are preferably carried out in non-contact mode, and the desired non-contact mode results in the detection of specularly reflected light in addition to the desired diffuse reflection component. Since diffuse reflected light (ie, light propagating through tissue) is greatly attenuated, these specular components can become relatively large.

[0003] Кроме того, важным свойством зонда является разделение источника и детектора излучения, поскольку оно влияет на глубину отбора проб сигнала зонда (т.е. на то, с какой глубины в ткани исходит измеряемый свет). Однако разделение источника и детектора излучения увеличивает риск освещения и/или обнаружения света от недесневой ткани, например, зубов и/или зубных имплантатов. Например, поскольку межзубной десневой сосочек оканчивается маленьким кончиком, вероятно, что из-за разделения волокон требуемый сигнал сосочка по меньшей мере частично зашумлен сигналами зубной эмали. Поскольку зубы и/или зубные имплантаты / пломбировочный материал преимущественно имеют белый/желтоватый цвет, отражение искусственных зубов будет добавлять смещение постоянной составляющей к сигналу DRS, который не содержит информации об обнаружении гингивита (т.е. концентрации гемоглобина). Этот ложный сигнал занимает часть динамического диапазона. Обычно такие ложные сигналы удаляют посредством соответствующей обработки сигнала после усиления и/или аналого-цифрового преобразования, требующего большого динамического диапазона и разрешения аналого-цифрового преобразователя.[0003] In addition, the separation of the source and detector of radiation is an important property of the probe, since it affects the sampling depth of the probe signal (ie, from what depth in the tissue the measured light comes). However, separating the radiation source and detector increases the risk of illuminating and/or detecting light from non-gingival tissue, such as teeth and/or dental implants. For example, since the interdental gingival papilla terminates in a small tip, it is likely that, due to fiber separation, the required papilla signal is at least partially noisy with the enamel signals. Because teeth and/or dental implants/filling material are predominantly white/yellowish in color, artificial tooth reflections will add DC offset to the DRS signal, which does not contain gingivitis detection information (i.e. hemoglobin concentration). This false signal occupies part of the dynamic range. Typically, such false signals are removed by appropriate signal processing after amplification and/or A/D conversion requiring a large dynamic range and resolution of the A/D converter.

[0004] Соответственно, в данной области техники существует потребность в изобретательских системах и способах ухода за полостью рта для обеспечения точного обнаружения воспаления ткани, и в частности гингивита, с использованием блока предварительной обработки сигналов DRS, который устраняет большую часть смещения перед усилением и/или аналого-цифровым (АЦ) преобразованием, что снижает требования к электронике.[0004] Accordingly, there is a need in the art for inventive oral care systems and methods to provide accurate detection of tissue inflammation, and in particular gingivitis, using a DRS pre-processor that removes most of the bias before amplification and/or analog-to-digital (AD) conversion, which reduces the requirements for electronics.

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention

[0005] Настоящее изобретение относится к изобретательским системам и способам обнаружения воспаления тканей, и в частности гингивита, с использованием спектроскопии диффузного отражения (DRS). Различные варианты осуществления и реализации в настоящем документе относятся к системе обнаружения гингивита, содержащей блок предварительной обработки сигналов, который обеспечивает большой динамический диапазон и непосредственно удаляет зеркальные и постоянные составляющие (т.е. в датчике, перед электроникой интерфейсной части датчика). Система обнаружения гингивита включает в себя специальную конфигурацию, состоящую из излучателя света, четырех или более фотодетекторов, чувствительных к длине волны, и системы обнаружения воспаления ткани.[0005] The present invention relates to inventive systems and methods for detecting tissue inflammation, and in particular gingivitis, using diffuse reflectance spectroscopy (DRS). Various embodiments and implementations herein relate to a gingivitis detection system comprising a signal preprocessor that provides a high dynamic range and removes specular and dc directly (i.e., in the sensor, before the sensor interface electronics). The gingivitis detection system includes a special configuration consisting of a light emitter, four or more wavelength-sensitive photodetectors, and a tissue inflammation detection system.

[0006] В целом, согласно одному аспекту изобретения предлагается система для обнаружения воспаления ткани. Система содержит излучатель света, выполненный с возможностью излучения света на область ткани во рту пользователя; по меньшей мере четыре чувствительных к длине волны фотодетектора, выполненных с возможностью обнаружения оптических сигналов, диффузно отраженных через область ткани, причем каждый из указанных по меньшей мере четырех чувствительных к длине волны фотодетекторов содержит фильтр и фотодиод, а фотодиоды расположены стопой друг на друге с возможностью генерации токовых дифференциальных сигналов для усилителей, соответствующих фотодиодам, причем указанная генерация токовых дифференциальных сигналов обеспечивает удаление нежелательной составляющей из оптических сигналов до усиления; и блок обнаружения воспаления, выполненный с возможностью приема выходных сигналов от соответствующих усилителей и обнаружения воспаления ткани в указанной области ткани. В различных вариантах осуществления воспаление ткани представляет собой гингивит.[0006] In General, according to one aspect of the invention provides a system for detecting tissue inflammation. The system comprises a light emitter configured to emit light to a region of tissue in the user's mouth; at least four wavelength-sensitive photodetectors configured to detect optical signals diffusely reflected through a tissue region, wherein each of said at least four wavelength-sensitive photodetectors comprises a filter and a photodiode, and the photodiodes are stacked on top of each other with the ability to generation of current differential signals for amplifiers corresponding to photodiodes, and the specified generation of current differential signals provides the removal of an unwanted component from the optical signals before amplification; and an inflammation detection unit configured to receive output signals from the respective amplifiers and detect tissue inflammation in said tissue area. In various embodiments, the tissue inflammation is gingivitis.

[0007] В одном варианте осуществления излучатель света и по меньшей мере четыре чувствительных к длине волны фотодетектора реализованы в зонде DRS с расстоянием между источником и детектором излучения от 300 до 2000 мкм.[0007] In one embodiment, the light emitter and at least four wavelength-sensitive photodetectors are implemented in a DRS probe with a distance between the source and the radiation detector from 300 to 2000 microns.

[0008] В одном варианте осуществления система дополнительно содержит разделитель, выполненный с возможностью распределения отраженного света по указанным по меньшей мере четырем чувствительным к длине волны фотодетекторам.[0008] In one embodiment, the system further comprises a splitter configured to distribute reflected light across said at least four wavelength-sensitive photodetectors.

[0009] В различных вариантах осуществления разделитель представляет собой разделитель из сплавленного волокна, дисперсионный разделитель или оптический волновод.[0009] In various embodiments, the separator is a fused fiber separator, a dispersive separator, or an optical waveguide.

[0010] В одном варианте осуществления излучатель света представляет собой белый светодиод с люминофором.[0010] In one embodiment, the light emitter is a white LED with a phosphor.

[0011] В одном варианте осуществления фильтр для каждого из указанных по меньшей мере четырех чувствительных к длине волны фотодетекторов представляет собой полосно-пропускающий фильтр.[0011] In one embodiment, the filter for each of the at least four wavelength sensitive photodetectors is a band pass filter.

[0012] В одном варианте осуществления токовые дифференциальные сигналы для фотодиодов расположены по возрастанию величины.[0012] In one embodiment, the current differential signals for the photodiodes are arranged in ascending magnitude.

[0013] В одном варианте осуществления токовые дифференциальные сигналы для фотодиодов включают в себя первый, второй и третий токовые дифференциальные сигналы для фотодиодов соответственно, при этом второй токовый дифференциальный сигнал больше, чем первый и третий токовые дифференциальные сигналы.[0013] In one embodiment, the photodiode current differential signals include first, second, and third photodiode current differential signals, respectively, wherein the second current differential signal is greater than the first and third current differential signals.

[0014] В одном варианте осуществления расположенные друг на друге фотодиоды образуют стопу, имеющую нижний фотодиод, и нижний фотодиод оканчивается источником тока, управляемым по замкнутому контуру.[0014] In one embodiment, stacked photodiodes form a stack having a bottom photodiode, and the bottom photodiode terminates in a closed loop controlled current source.

[0015] В одном варианте осуществления расположенные друг на друге фотодиоды образуют стопу, имеющую нижний фотодиод, и нижний фотодиод генерирует фототок на уровне, позволяющем минимизировать самый большой из дифференциальных сигналов, подлежащих минимизации.[0015] In one embodiment, the stacked photodiodes form a stack having a bottom photodiode, and the bottom photodiode generates photocurrent at a level to minimize the largest of the differential signals to be minimized.

[0016] В целом, согласно другому аспекту изобретения предлагается способ обнаружения воспаления ткани, включающий предварительную обработку сигналов. Способ включает излучение света посредством излучателя света в направлении области ткани во рту пользователя; обнаружение при помощи по меньшей мере четырех чувствительных к длине волны фотодетекторов оптических сигналов, диффузно отраженных через указанную область ткани, причем каждый из указанных по меньшей мере четырех чувствительных к длине волны фотодетекторов содержит фильтр и фотодиод, а фотодиоды расположены стопой друг на друге с возможностью генерации токовых дифференциальных сигналов для усилителей, соответствующих фотодиодам, причем указанная генерация токовых дифференциальных сигналов обеспечивает удаление нежелательной составляющей из оптических сигналов до усиления; подачу выходных сигналов соответствующих усилителей на аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и подачу выходных сигналов АЦП на блок обнаружения воспаления ткани. В различных вариантах осуществления воспаление ткани представляет собой гингивит.[0016] In general, according to another aspect of the invention, there is provided a method for detecting tissue inflammation, including signal preprocessing. The method includes emitting light through a light emitter towards a tissue area in the user's mouth; detection by at least four wavelength-sensitive photodetectors of optical signals diffusely reflected through the specified tissue area, each of the at least four wavelength-sensitive photodetectors containing a filter and a photodiode, and the photodiodes are stacked on top of each other with the possibility of generating current differential signals for amplifiers corresponding to photodiodes, and the specified generation of current differential signals ensures the removal of an unwanted component from the optical signals before amplification; supplying the output signals of the corresponding amplifiers to an analog-to-digital converter (ADC) and supplying the output signals of the ADC to the tissue inflammation detection unit. In various embodiments, the tissue inflammation is gingivitis.

[0017] В одном варианте осуществления этап обнаружения дополнительно включает распределение отраженного света по указанным по меньшей мере четырем чувствительным к длине волны фотодетекторам при помощи разделителя.[0017] In one embodiment, the detection step further includes distributing reflected light to said at least four wavelength-sensitive photodetectors using a splitter.

[0018] В одном варианте осуществления разделитель представляет собой разделитель из сплавленного волокна, дисперсионный разделитель или оптический волновод.[0018] In one embodiment, the separator is a fused fiber separator, a dispersive separator, or an optical waveguide.

[0019] Используемый в настоящем документе для целей настоящего изобретения термин "контроллер" обычно используют для описания различных устройств, относящихся к управлению отображающим устройством, системой или способом. Контроллер может быть реализован множеством способов (например, при помощи специализированных аппаратных средств) для выполнения различных функций, описанных в настоящем документе. "Процессор" является одним примером контроллера, который использует один или более микропроцессоров, которые могут быть запрограммированы при помощи программного обеспечения (например, микрокода) для выполнения различных функций, описанных в настоящем документе. Контроллер может быть реализован с использованием или без использования процессора, а также может быть реализован как комбинация специализированных аппаратных средств для выполнения некоторых функций и как процессор (например, один или более запрограммированных микропроцессоров и связанные с ними схемы) для выполнения других функций. В число примеров компонентов контроллера, которые могут быть использованы в различных вариантах реализации настоящего изобретения, входят без ограничений обычные микропроцессоры, специализированные интегральные схемы (ASIC) и программируемые пользователем вентильные матрицы (FPGA).[0019] Used in this document for the purposes of the present invention, the term "controller" is usually used to describe various devices related to the control of a display device, system or method. The controller can be implemented in a variety of ways (eg, using dedicated hardware) to perform the various functions described herein. A "processor" is one example of a controller that uses one or more microprocessors that can be programmed with software (eg, microcode) to perform the various functions described herein. The controller may be implemented with or without the use of a processor, and may also be implemented as a combination of dedicated hardware to perform some functions and as a processor (eg, one or more programmed microprocessors and associated circuits) to perform other functions. Examples of controller components that may be used in various embodiments of the present invention include, without limitation, conventional microprocessors, application specific integrated circuits (ASICs), and field programmable gate arrays (FPGAs).

[0020] Следует понимать, что все сочетания вышеупомянутых понятий и дополнительных понятий, обсуждаемых более подробно ниже (при условии, что такие понятия не являются взаимно несовместимыми), рассматриваются как часть патентоспособного предмета изобретения, описанного в настоящей заявке. В частности, все комбинации заявленного изобретения, приведенные в конце настоящего описания, рассматриваются как часть предмета изобретения, раскрытого в настоящем документе.[0020] It should be understood that all combinations of the above concepts and additional concepts discussed in more detail below (provided that such concepts are not mutually incompatible) are considered part of the patentable subject matter described in this application. In particular, all combinations of the claimed invention given at the end of this description are considered as part of the subject matter of the invention disclosed in this document.

[0021] Эти и другие аспекты изобретения будут очевидны из варианта(-ов) осуществления изобретения, описанных в настоящем документе, и будут объяснены со ссылками на этот вариант(-ы).[0021] These and other aspects of the invention will be apparent from the embodiment(s) of the invention described herein and will be explained with reference to that embodiment(s).

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

[0022] На чертежах аналогичные номера позиций, как правило, относятся к одним и тем же деталям на всех различных представлениях. Кроме того, чертежи необязательно выполнены в масштабе, вместо этого упор в основном делается на иллюстрацию принципов изобретения.[0022] In the drawings, like reference numerals generally refer to the same parts in all the various representations. In addition, the drawings are not necessarily drawn to scale, but instead the emphasis is primarily on illustrating the principles of the invention.

[0023] ФИГ. 1А представляет собой график спектров спектроскопии диффузного отражения, измеренных с разными углами между зондом и целью, в соответствии с вариантом осуществления изобретения.[0023] FIG. 1A is a plot of diffuse reflectance spectroscopy spectra measured at different angles between probe and target, in accordance with an embodiment of the invention.

[0024] ФИГ. 1В представляет собой график расчетных значений насыщенности крови кислородом в соответствии с вариантом осуществления изобретения.[0024] FIG. 1B is a graph of calculated blood oxygen saturation values in accordance with an embodiment of the invention.

[0025] ФИГ. 2 представляет собой график моделируемых изменений спектров спектроскопии диффузного отражения, вызванных изменениями в насыщении ткани кислородом от полностью оксигенированного состояния до полностью деоксигенированного состояния, в соответствии с вариантом осуществления изобретения.[0025] FIG. 2 is a graph of simulated changes in diffuse reflectance spectra caused by changes in tissue oxygen saturation from a fully oxygenated state to a fully deoxygenated state, in accordance with an embodiment of the invention.

[0026] ФИГ. 3 схематически изображает систему обнаружения воспаления ткани в соответствии с вариантом осуществления изобретения.[0026] FIG. 3 schematically depicts a tissue inflammation detection system in accordance with an embodiment of the invention.

[0027] ФИГ. 4 схематически изображает блок-схему системы обнаружения воспаления ткани, содержащей четыре чувствительных к длине волны фотодетектора, в соответствии с вариантом осуществления изобретения.[0027] FIG. 4 is a schematic block diagram of a tissue inflammation detection system comprising four wavelength sensitive photodetectors, in accordance with an embodiment of the invention.

[0028] ФИГ. 5 изображает блок-схему способа обнаружения воспаления ткани в соответствии с вариантом осуществления изобретения.[0028] FIG. 5 is a flow diagram of a method for detecting tissue inflammation in accordance with an embodiment of the invention.

[0029] Настоящее изобретение описывает различные варианты осуществления систем и способов ухода за полостью рта для улучшения обнаружения воспаления ткани, и в частности гингивита, с использованием диффузного отраженного света. В более общем смысле, Заявитель признал и отметил, что было бы полезно создать систему для устранения больших смещений как можно раньше после получения сигнала спектроскопии диффузного отражения. Соответственно, системы и способы, описанные или иным образом предполагаемые в настоящем документе, обеспечивают устройство для ухода за полостью рта, выполненное с возможностью получения измерений десневой ткани. Устройство для ухода за полостью рта содержит излучатель света и четыре или более чувствительных к длине волны фотодетекторов, выполненных с возможностью обнаружения диффузного отраженного света, так что соответствующие усилители принимают минимально возможные разности токов. С устранением большой части смещения перед усилением и/или аналого-цифровым (АЦ) преобразованием требования к электронике снижаются, и становится возможным более точное обнаружение гингивита.[0029] The present invention describes various embodiments of oral care systems and methods for improving the detection of tissue inflammation, and in particular gingivitis, using diffuse reflected light. More generally, the Applicant has recognized and noted that it would be useful to have a system for removing large offsets as early as possible after receiving a diffuse reflectance spectroscopy signal. Accordingly, the systems and methods described or otherwise contemplated herein provide an oral care device capable of taking measurements of gingival tissue. The oral care device comprises a light emitter and four or more wavelength-sensitive photodetectors configured to detect diffuse reflected light so that the respective amplifiers receive the smallest possible current differences. By removing much of the bias before amplification and/or analog-to-digital (AD) conversion, the electronics requirements are reduced and more accurate detection of gingivitis becomes possible.

[0030] Варианты осуществления и реализации, раскрытые или иным образом представленные в настоящем документе, могут быть использованы с любыми подходящими устройствами для ухода за полостью рта, таким как зубная щетка, устройство для чистки зубной нитью, ирригатор для полости рта, скребок для языка или другое устройство личной гигиены. Однако изобретение не ограничено этими устройствами для ухода за полостью рта, и, таким образом, изобретение и варианты его осуществления, раскрытые в настоящем документе, могут охватывать любое устройство для ухода за полостью рта.[0030] Embodiments and implementations disclosed or otherwise provided herein may be used with any suitable oral care device, such as a toothbrush, flosser, oral irrigator, tongue scraper, or other personal care device. However, the invention is not limited to these oral care devices, and thus the invention and embodiments disclosed herein may encompass any oral care device.

[0031] Гингивит, который представляет собой воспаление десен, характеризующееся опуханием десен, отеком и покраснением, в первую очередь вызван образованием зубного налета, в основном в зубодесневой борозде (карманах). Такое заболевание десен обычно встречается в труднодоступных местах, таких как интерпроксимальные пространства между зубами, и вокруг задних зубов.[0031] Gingivitis, which is an inflammation of the gums characterized by swelling of the gums, swelling and redness, is primarily caused by the formation of plaque, mainly in the gingival sulcus (pockets). This gum disease usually occurs in hard-to-reach places, such as interproximal spaces between teeth, and around back teeth.

[0032] Действительно, по оценкам, от 50% до 70% взрослого населения страдает гингивитом. Однако потребители часто не могут обнаружить ранние признаки гингивита. Как правило, гингивит прогрессирует до тех пор, пока люди не замечают, что их десны легко кровоточат при чистке зубов. Соответственно, гингивит может быть обнаружен только тогда, когда заболевание уже развилось, и его значительно сложнее лечить. Хотя гингивит легко вылечить посредством улучшения гигиены полости рта, поскольку гингивит может перерасти в необратимый периодонтит, важно поддерживать здоровое состояние полости рта и как можно скорее выявлять гингивит.[0032] Indeed, it is estimated that 50% to 70% of the adult population suffers from gingivitis. However, consumers often fail to detect early signs of gingivitis. Typically, gingivitis progresses until people notice that their gums bleed easily when brushing their teeth. Accordingly, gingivitis can only be detected when the disease has already developed and is much more difficult to treat. Although gingivitis can be easily treated with improved oral hygiene, since gingivitis can develop into irreversible periodontitis, it is important to maintain a healthy mouth and detect gingivitis as soon as possible.

[0033] Гингивит можно диагностировать визуально путем обнаружения покраснения и отека десны. (см., RR. Lobene и др.., "Модифицированный десневой индекс для использования в клинических испытаниях", Clin. Prev. Dent. 8:3-6, (1986 г.), описывающий бесконтактный индекс гингивита на основании покраснения и воспаления десны). Однако этот индекс имеет ограниченную чувствительность и сильно зависит от индекса цветопередачи используемого источника света. Таким образом, современные светодиоды с люминофором могут иметь низкий индекс цветопередачи, что приводит к плохой визуальной оценке.[0033] Gingivitis can be diagnosed visually by detecting redness and swelling of the gums. (See, RR. Lobene et al., "Modified Gingival Index for Use in Clinical Trials", Clin. Prev. Dent. 8:3-6, (1986) describing a non-contact gingivitis index based on redness and inflammation gums). However, this index has limited sensitivity and is highly dependent on the color rendering index of the light source used. Thus, modern phosphor LEDs can have a low color rendering index resulting in poor visual evaluation.

[0034] Покраснение десны представляет собой острую воспалительную реакцию на токсины бактериальной биопленки зубного налета в зубодесневой борозде или областях вдоль линии десен. Эта воспалительная реакция в краткосрочной перспективе вызывает вазодилатацию, при которой гладкомышечные клетки в артериолах расслабляются и расширяют кровеносные сосуды, увеличивая приток крови к капиллярному ложе. Это вызывает покраснение десны и может вызвать небольшое повышение температуры, которое трудно измерить. Кроме того, капилляры становятся более проницаемыми, что приводит к увеличению утечки жидкости из капилляров в межклеточные пространства, приводящему к опуханию десен. Если воспаление хроническое, то возникает дополнительное покраснение из-за повышенной васкуляризации ткани, при которой могут образовываться дополнительные капилляры, чтобы справиться с дополнительными потребностями ткани в крови.[0034] Gingival redness is an acute inflammatory response to plaque bacterial biofilm toxins in the gingival sulcus or areas along the gum line. This inflammatory response in the short term causes vasodilation, in which smooth muscle cells in arterioles relax and dilate blood vessels, increasing blood flow to the capillary bed. This causes reddening of the gums and may cause a slight temperature increase that is difficult to measure. In addition, the capillaries become more permeable, which leads to an increase in the leakage of fluid from the capillaries into the intercellular spaces, leading to swelling of the gums. If the inflammation is chronic, there is additional redness due to increased tissue vascularization, which may form additional capillaries to cope with the extra blood demand of the tissue.

[0035] Эти факторы обеспечивают возможность выявления гингивита на основе спектроскопии диффузного отражения (DRS). DRS представляет собой оптический способ, который включает в себя излучение, например, белого света в направлении цели и анализ спектральных свойств диффузного (а не зеркального) отраженного света. Вследствие различных хромофоров в десневой ткани спектральные свойства диффузного отраженного света явно отличаются от спектральных свойств источника света. Как описано в работе T. Hanioka и др., "Концентрация гемоглобина и сатурация кислорода клинически здоровой и воспаленной десны у человека", J. Periodontal Res. 25: 93-98 (1990 г.), повышенная концентрация общего гемоглобина и пониженная насыщенность крови кислородом могут быть определены в связи с обнаружением гингивита. В данном способе используют шесть фиксированных длин волн и рассчитывают концентрации деоксигенированного, оксигенированного и общего гемоглобина. Последние два используют для расчета сатурации кислорода.[0035] These factors make it possible to detect gingivitis based on diffuse reflectance spectroscopy (DRS). DRS is an optical technique that involves emitting, for example, white light towards a target and analyzing the spectral properties of the diffuse (rather than specular) reflected light. Due to the different chromophores in the gingival tissue, the spectral properties of the diffuse reflected light are clearly different from the spectral properties of the light source. As described in T. Hanioka et al., "Hemoglobin Concentration and Oxygen Saturation in Human Clinically Healthy and Inflamed Gingiva", J. Periodontal Res. 25: 93-98 (1990), elevated total hemoglobin concentration and reduced blood oxygen saturation can be determined in connection with the detection of gingivitis. This method uses six fixed wavelengths and calculates the concentrations of deoxygenated, oxygenated and total hemoglobin. The last two are used to calculate oxygen saturation.

[0036] На ФИГ. 1A и 1B показаны измеренные спектры DRS с использованием различных углов между зондом и целью. Как показано на ФИГ. 1B, значения насыщения крови кислородом вычислены в соответствии с примерным способом, описанным в работе Hanioka и др. Для углов, близких к нормали к поверхности, зеркальное отражение становится примерно в десять раз больше, чем диффузная составляющая. Таким образом, как показано на ФИГ. 1B, значения насыщения кислородом, вычисленные в соответствии с этим примерным способом, образуют большое отклонение. Обнаруженный зеркальный отраженный свет может привести к большим погрешностям.[0036] FIG. 1A and 1B show measured DRS spectra using various angles between probe and target. As shown in FIG. 1B, blood oxygen saturation values are calculated according to the exemplary method described by Hanioka et al. For angles close to the surface normal, the specular reflection becomes about ten times greater than the diffuse component. Thus, as shown in FIG. 1B, the oxygen saturation values calculated according to this exemplary method form a large deviation. The detected specular reflected light can lead to large errors.

[0037] Из ФИГ. 2 ясно, что зависящие от насыщения кислородом изменения в сигналах DRS могут становиться очень маленькими (даже без ложных и/или зеркальных отражений), особенно если приходится использовать длины волн ближней инфракрасной (БИК) области спектра вследствие требований к глубине отбора проб сигнала. На ФИГ. 2 показаны моделируемые изменения спектров DRS, вызванные изменениями в насыщении ткани кислородом от полностью оксигенированного состояния до полностью деоксигенированного состояния (100%==> 0%). В действительности, изменение будет намного меньше: при гингивите ожидается снижение насыщения кислородом примерно на 10%. Зеркальное отражение отсутствует.[0037] From FIG. 2, it is clear that oxygen saturation dependent changes in DRS signals can become very small (even without spurious and/or specular reflections), especially if near infrared (NIR) wavelengths have to be used due to signal sampling depth requirements. FIG. 2 shows simulated changes in the DRS spectra caused by changes in tissue oxygen saturation from a fully oxygenated state to a fully deoxygenated state (100%==> 0%). In reality, the change will be much smaller: with gingivitis, oxygen saturation is expected to decrease by about 10%. There is no mirror reflection.

[0038] Согласно вариантам осуществления, в которых используют обнаружение длины волны, некоторые системы содержат спектрометр для выполнения анализа спектральной формы принятого света. Другие системы содержат настраиваемый фильтр (например, интерференционный светофильтр Фабри-Перо микроэлектромеханической системы (МЭМС)) для принимаемого и/или излучаемого света. Хотя желательно использование спектрометра или настраиваемого фильтра вследствие большого количества длин волн, доступных для обработки, имеющиеся в настоящее время системы слишком велики и/или дороги для потребительских товаров. В альтернативном варианте принятый свет может быть разделен на разные пути прохождения, и могут быть применены полосно-пропускающие фильтры для получения требуемых спектральных полос. В вышеупомянутом способе Hanioka используют шесть длин волн, и он может быть легко реализован с использованием варианта осуществления с разделением света при условии, что большие смещения устранены перед АЦ преобразованием. Если их не устранить, потребуется огромный динамический диапазон и разрешение аналого-цифрового преобразователя.[0038] In embodiments that use wavelength detection, some systems include a spectrometer to perform analysis of the spectral shape of the received light. Other systems include a tunable filter (eg, a microelectromechanical (MEMS) Fabry-Perot interference filter) for received and/or emitted light. While it is desirable to use a spectrometer or tunable filter due to the large number of wavelengths available for processing, currently available systems are too large and/or expensive for consumer products. Alternatively, the received light may be split into different paths and band pass filters may be applied to obtain the desired spectral bands. The above Hanioka method uses six wavelengths and can be easily implemented using the light splitting embodiment, provided that large offsets are removed before AD conversion. If they are not eliminated, a huge dynamic range and resolution of an analog-to-digital converter will be required.

[0039] Поскольку обнаружение гингивита основано на изменениях концентрации гемоглобина, сигнал, возникающий в результате этих изменений, содержит небольшие модуляции на большой части смещения, вызванные сигналами рассеяния других тканей (десны и твердые ткани зуба) и зеркальными отражениями. Часть смещения не является постоянной составляющей тока из-за перемещений; например, очень маленькие изменения угла могут привести к большим составляющим зеркального отражения. Следовательно, часть смещения не может быть устранена посредством высокочастотной фильтрации. В результате большого смещения теряется большая часть динамического диапазона усилителей и разрешения аналого-цифрового преобразователя (АЦП) блока предварительной обработки сигналов.[0039] Since the detection of gingivitis is based on changes in hemoglobin concentration, the signal resulting from these changes contains small modulations over a large part of the displacement caused by scattering signals from other tissues (gums and hard tissues of the tooth) and specular reflections. Part of the displacement is not DC due to displacements; for example, very small changes in angle can result in large specular reflection components. Therefore, part of the offset cannot be removed by high-pass filtering. As a result of a large offset, a large part of the dynamic range of the amplifiers and the resolution of the analog-to-digital converter (ADC) of the signal preprocessor is lost.

[0040] На основании вышеизложенного, конкретная цель использования определенных вариантов осуществления настоящего изобретения состоит в обеспечении блока предварительной обработки сигналов DRS, который выполнен с возможностью устранения ненужных больших смещений как можно раньше в сигнальной цепочке.[0040] Based on the foregoing, a specific purpose of using certain embodiments of the present invention is to provide a DRS signal preprocessor that is configured to eliminate unnecessary large offsets as early as possible in the signal chain.

[0041] На основании вышеизложенного и со ссылкой на ФИГ. 3 и 4 в одном варианте осуществления предложена система 100 для обнаружения воспаления ткани, и в частности гингивита. Система 100 выполнена с возможностью устранения больших смещений перед усилением и/или АЦ преобразованием. Система 100 содержит излучатель 102 света (например, волокно), детектор 106 света (например, волокно) и контроллер 130. В примерном варианте осуществления излучатель света содержит источник 103 света, например, широкополосный источник 103 света, такой как белый светодиод с люминофором. Источник света соединен с волокном источника для доставки испускаемого света к ткани 104 десны. Детектор 106 света (например, волокно) выполнен с возможностью улавливания диффузного отраженного света от ткани 104 и доставки этого света.[0041] Based on the foregoing and with reference to FIG. 3 and 4, in one embodiment, a system 100 is provided for detecting tissue inflammation, and in particular gingivitis. System 100 is configured to eliminate large offsets prior to amplification and/or AD conversion. System 100 includes a light emitter 102 (eg, a fiber), a light detector 106 (eg, a fiber), and a controller 130. In an exemplary embodiment, the light emitter comprises a light source 103, such as a broadband light source 103 such as a white LED with a phosphor. The light source is coupled to the source fiber to deliver the emitted light to the gum tissue 104 . Light detector 106 (eg, fiber) is configured to capture diffuse reflected light from tissue 104 and deliver that light.

[0042] В одном варианте осуществления излучатель 102 света и детектор 106 света реализованы в зонде спектроскопии диффузного отражения (DRS) с расстоянием между источником и детектором излучения от 300 до 2000 мкм. Типичные конфигурации включают в себя одно волокно источника рядом с одним волокном детектора, одно центральное волокно источника, окруженное множеством волокон детектора, или одно волокно, функционирующее как источник и детектор одновременно. Важным свойством зонда является расстояние между источником и детектором излучения, поскольку оно влияет на глубину отбора проб сигнала зонда (т.е. на то, с какой глубины в ткани исходит измеряемый свет). Для обнаружения гингивита необходимо, чтобы средняя глубина отбора проб сигнала на основе спектроскопии диффузного отражения была более 250 мкм. Для получения такого среднего значения необходимо, чтобы минимальное расстояние между источником и детектором излучения составляло примерно 300 мкм в зависимости от длины волны.[0042] In one embodiment, the light emitter 102 and the light detector 106 are implemented in a diffuse reflectance spectroscopy (DRS) probe with a distance between the source and the radiation detector from 300 to 2000 microns. Typical configurations include a single source fiber next to a single detector fiber, a single central source fiber surrounded by multiple detector fibers, or a single fiber acting as both source and detector at the same time. An important property of the probe is the distance between the radiation source and the detector, because it affects the sampling depth of the probe signal (i.e., from what depth in the tissue the measured light comes). To detect gingivitis, the average signal sampling depth based on diffuse reflectance spectroscopy needs to be greater than 250 µm. To obtain such an average value, it is necessary that the minimum distance between the source and the radiation detector be approximately 300 µm, depending on the wavelength.

[0043] Поскольку сигнал DRS от детектора 106 обычно не является дифференциальным сигналом, включены дополнительные элементы. Согласно варианту осуществления детектор 106 системы 100 выполнен с возможностью доставки отраженного света к блоку спектрального анализа или разделителю 108. Разделитель 108 выполнен с возможностью распределения отраженного света по четырем или более чувствительным к длине волны детекторам 110, 112, 114 и 116, каждый из которых имеет чувствительность к различным длинам волн. Разделитель 108 может представлять собой разделитель из сплавленного волокна, дисперсионный разделитель (например, призму или решетку), оптический волновод или любую подходящую альтернативу.[0043] Because the DRS signal from detector 106 is not typically a differential signal, additional elements are included. In an embodiment, the detector 106 of the system 100 is configured to deliver reflected light to a spectral analysis unit or splitter 108. The splitter 108 is configured to distribute the reflected light across four or more wavelength-sensitive detectors 110, 112, 114, and 116, each of which has sensitivity to different wavelengths. The separator 108 may be a fused fiber separator, a dispersive separator (eg, a prism or grating), an optical waveguide, or any suitable alternative.

[0044] Каждый чувствительный к длине волны детектор 110, 112, 114, 116 содержит полосно-пропускающий фильтр (bandpass filter, BPF) перед фотодиодом. Как показано на ФИГ. 4, детектор 110 содержит полосно-пропускающий фильтр BPF1 перед фотодиодом D1. Аналогичным образом, детектор 112 содержит полосно-пропускающий фильтр BPF2 перед фотодиодом D2, детектор 114 содержит полосно-пропускающий фильтр BPF3 перед фотодиодом D3, и детектор 116 содержит полосно-пропускающий фильтр BPF4 перед фотодиодом D4. Фотодиоды являются предпочтительными, поскольку они имеют широкий линейный диапазон и, следовательно, могут обрабатывать сигналы, включающие большие смещения, без внесения погрешностей. Хотя вариант осуществления по ФИГ. 4 включает в себя четыре чувствительных к длине волны детектора, другие варианты осуществления могут включать в себя пять чувствительных к длине волны детекторов или более пяти чувствительных к длине волны детекторов.[0044] Each wavelength-sensitive detector 110, 112, 114, 116 includes a bandpass filter (BPF) in front of the photodiode. As shown in FIG. 4, detector 110 includes a band pass filter BPF1 in front of photodiode D1. Similarly, detector 112 includes a bandpass filter BPF2 before photodiode D2, detector 114 includes a bandpass filter BPF3 before photodiode D3, and detector 116 includes a bandpass filter BPF4 before photodiode D4. Photodiodes are preferred because they have a wide linear range and therefore can process signals including large offsets without introducing errors. Although the embodiment of FIG. 4 includes four wavelength sensitive detectors, other embodiments may include five wavelength sensitive detectors or more than five wavelength sensitive detectors.

[0045] Фотодиоды D1, D2, D3 и D4 расположены стопой друг на друге таким образом, что соответствующие усилители принимают разность токов, т.е. они принимают гораздо меньший ток. Это обеспечивает большее усиление, которое приводит к более высокому и улучшенному отношению сигнал-шум (signal-to-noise ratio, SNR) для обнаружения гингивита.[0045] The photodiodes D1, D2, D3 and D4 are stacked on top of each other so that the respective amplifiers receive the current difference, i.e. they take much less current. This provides more gain, which results in a higher and improved signal-to-noise ratio (SNR) for gingivitis detection.

[0046] Согласно варианту осуществления токи I₁ .. I_n расположены по возрастанию величины. Согласно альтернативному варианту осуществления токи I₁ . I_n расположены по убыванию величины. Согласно еще одному варианту осуществления токи расположены следующим образом: I₁< I₂ > I₃ < I₄ > I₅ и т.д. (или наоборот). Однако токи никогда не расположены таким образом, чтобы наибольший и наименьший ожидаемые токи были расположены друг на друге. Согласно варианту осуществления нижняя часть стопы заканчивается источником тока, при необходимости управляемым по замкнутому контуру посредством контроллера 130. В альтернативном варианте нижний диод генерирует самый низкий ожидаемый фототок среди фотодиодов. Согласно другому варианту осуществления нижний диод генерирует фототок на уровне, выбранном таким образом, чтобы минимизировать наибольшую из разностей, подлежащих минимизации, например, на длине волны, которая предположительно даст выходной сигнал, близкий к среднему/медианному уровню.[0046] According to an embodiment, the currents I ₁ .. I _n are arranged in ascending order of magnitude. According to an alternative embodiment, the currents I ₁ . I _n are arranged in descending order of magnitude. According to another embodiment, the currents are arranged as follows: I ₁ < I ₂ > I ₃ < I ₄ > I ₅ and so on. (or vice versa). However, the currents are never arranged in such a way that the largest and smallest prospective currents are located on top of each other. In an embodiment, the bottom of the foot ends with a current source, if necessary, controlled in a closed loop by the controller 130. Alternatively, the bottom diode generates the lowest expected photocurrent among the photodiodes. In another embodiment, the bottom diode generates photocurrent at a level chosen to minimize the largest of the differences to be minimized, eg, at a wavelength that is expected to produce an output close to the average/median level.

[0047] На ФИГ. 4 согласно варианту осуществления видно, что разности токов, присутствующие в усилителях ток-напряжение, номинально минимальны и/или сбалансированы около нуля. Согласно другому варианту осуществления, в случае электроники с однополярным питанием разности токов представляют собой заданное смещение. Выходной сигнал каждого чувствительного к длине волны фотодетектора является входным сигналом для соответствующего усилителя, как показано на чертеже. Согласно варианту осуществления выходные сигналы усилителей подают на АЦП (не показан), и поскольку эти сигналы также не несут большого смещения, полезное разрешение является намного более высоким. В альтернативном варианте АЦП может иметь более низкое разрешение, что является более дешевым вариантом.[0047] FIG. 4 according to the embodiment, it can be seen that the current differences present in the current-voltage amplifiers are nominally minimal and/or balanced around zero. According to another embodiment, in the case of single-supply electronics, the current differences represent a predetermined offset. The output signal of each wavelength-sensitive photodetector is the input signal to the corresponding amplifier, as shown in the drawing. In an embodiment, the output signals of the amplifiers are fed to an ADC (not shown), and since these signals also do not carry much offset, the usable resolution is much higher. Alternatively, the ADC may have a lower resolution, which is a cheaper option.

[0048] Выходные сигналы АЦП являются входным сигналом на контроллер или анализатор, имеющий подходящий алгоритм обнаружения гингивита. Согласно варианту осуществления этот алгоритм включает в себя способ обнаружения гингивита на основе дифференцированных сигналов (крутизны характеристики) длин волн. Согласно другому варианту осуществления этот алгоритм включает производный способ для расчета насыщения ткани кислородом, как описано в работе DE Myers и др., "Неинвазивный способ измерения местного насыщения гемоглобина кислородом в ткани с использованием спектроскопии в ближнем инфракрасной области спектра со второй производной широкой зоны", J. Biomed. Опт., Т. 10 (3), (2005). В работе Myers описан простой алгоритм непрерывной волны в ближней инфракрасной области спектра с использованием однократных измерений затухания на глубине при 680, 720, 760 и 800 нм. Однако описанная выше дифференциальная токовая конфигурация спектральных детекторов не обязательно должна обеспечивать такие же разности, как требуется для производных способов. Например, если способы требуют измерения затухания на 680, 720, 760 и 800 нм, из этого не обязательно следует, что соответствующие детекторы должны быть уложены стопой друг на друга. Поскольку нижний ток известен, все токи и, следовательно, новые разности могут быть рассчитаны внутренне. Это означает, что последовательность укладки может быть выбрана таким образом, чтобы ток, идущий в усилители, был как можно меньше. Это обеспечивает еще больший динамический диапазон.[0048] The outputs of the ADC are input to a controller or analyzer having a suitable gingivitis detection algorithm. According to an embodiment, this algorithm includes a method for detecting gingivitis based on differentiated signals (slope) of wavelengths. In another embodiment, this algorithm includes a derived method for calculating tissue oxygen saturation as described in DE Myers et al., "Non-Invasive Method for Measuring Local Hemoglobin Oxygen Saturation in a Tissue Using Near-Infrared Spectroscopy with Second Wide Band Derivative", J Biomed. Opt., T. 10 (3), (2005). Myers describes a simple near-infrared continuous wave algorithm using single depth attenuation measurements at 680, 720, 760, and 800 nm. However, the differential current configuration of spectral detectors described above need not provide the same differences as required for derivative methods. For example, if the methods require attenuation measurements at 680, 720, 760, and 800 nm, it does not necessarily follow that the respective detectors must be stacked on top of each other. Since the lower current is known, all currents and thus new differences can be calculated internally. This means that the stacking sequence can be chosen so that the current flowing into the amplifiers is as small as possible. This provides even more dynamic range.

[0049] На Фиг. 5 в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения изображена блок-схема способа 200 обнаружения воспаления ткани, включающего предварительную обработку сигналов для непосредственного устранения зеркальных и постоянных составляющих. Иными словами, зеркальные и постоянные составляющие устраняют в датчике перед электроникой блока предварительной обработки сигналов датчика. На этапе S210 обеспечивают систему для обнаружения воспаления ткани, и в частности гингивита. Система может представлять собой любое из устройств или систем, описанных или иным образом предусмотренных в настоящем документе. Например, система может являться системой 100 помимо многих других устройств или систем. В целом, система содержит излучатель 102 света, четыре или более чувствительных к длине волны фотодетекторов 106 и контроллер 130, выполненный с возможностью выполнения функций, описанных в настоящем документе. Возможны многие другие элементы и конфигурации.[0049] In FIG. 5, in accordance with one embodiment of the invention, is a flowchart of a method 200 for detecting tissue inflammation, including signal preprocessing to directly eliminate specular and DC components. In other words, the specular and DC components are eliminated in the sensor before the electronics of the sensor pre-processing unit. In step S210, a system is provided for detecting tissue inflammation, and in particular gingivitis. The system may be any of the devices or systems described or otherwise contemplated herein. For example, the system may be system 100 among many other devices or systems. In general, the system comprises a light emitter 102, four or more wavelength-sensitive photodetectors 106, and a controller 130 configured to perform the functions described herein. Many other elements and configurations are possible.

[0050] На этапе S220 способа по меньшей мере один излучатель 102 света излучает свет, луч которого воздействует на ткань. Свет, излучаемый излучателем света, может включать в себя две или более длин волн. Соответственно, излучатель света может содержать один или более источников 103 света. Излучатель света может излучать свет периодически или непрерывно или может излучать свет только в ответ на триггер. Например, система обнаруживает десневую ткань и активирует излучатель 102 света для излучения света.[0050] In step S220 of the method, at least one light emitter 102 emits light, the beam of which affects the tissue. The light emitted by the light emitter may include two or more wavelengths. Accordingly, the light emitter may comprise one or more light sources 103 . The light emitter may emit light intermittently or continuously, or may emit light only in response to a trigger. For example, the system detects gum tissue and activates the light emitter 102 to emit light.

[0051] На этапе S230 способа отраженный свет распределяют по четырем или более зависящим от длины волны фотодетекторам 106, каждый из которых имеет чувствительность к различным длинам волн. Согласно варианту осуществления система 100 содержит разделитель 108, выполненный с возможностью распределения отраженного света. Разделитель 108 может представлять собой разделитель из сплавленного волокна, оптический волновода или любую подходящую альтернативу. Выходной сигнал каждого чувствительного к длине волны фотодетектора является входным сигналом для соответствующего усилителя.[0051] In step S230 of the method, the reflected light is distributed to four or more wavelength-dependent photodetectors 106, each having sensitivity to different wavelengths. In an embodiment, system 100 includes a spacer 108 configured to distribute reflected light. The splitter 108 may be a fused fiber splitter, an optical waveguide, or any suitable alternative. The output of each wavelength-sensitive photodetector is the input to the corresponding amplifier.

[0052] На этапе S240 способа выходные сигналы усилителей подают на АЦП. Как описано выше, поскольку эти сигналы также не несут большого смещения, полезное разрешение намного выше. [0052] In step S240 of the method, the output signals of the amplifiers are fed to the ADC. As described above, since these signals also do not carry much offset, the usable resolution is much higher.

[0053] На этапе S250 способа выходные сигналы АЦП являются входным сигналом на контроллер 130 или процессор, выполненный с возможностью анализа сигналов. Согласно варианту осуществления контроллер 130 принимает сигналы, где они анализируются процессором 132 и/или блоком 136 обнаружения гингивита и/или сохраняются в памяти 134 для будущего анализа.[0053] In step S250 of the method, the output signals of the ADC are input to the controller 130 or a processor configured to analyze the signals. According to an embodiment, the controller 130 receives the signals where they are analyzed by the processor 132 and/or the gingivitis detection unit 136 and/or stored in the memory 134 for future analysis.

[0054] Предпочтительно, описанные в настоящем документе системы и способы, предложенные в соответствии с настоящим изобретением, устраняют большие смещения как можно раньше после получения сигнала спектроскопии диффузного отражения, так что соответствующие усилители принимают минимально возможные разности токов. С устранением большой части смещения перед усилением и/или аналого-цифровым (АЦ) преобразованием требования к электронике снижаются, и становится возможным более точное обнаружение гингивита.[0054] Preferably, the systems and methods of the present invention described herein remove large offsets as early as possible after acquisition of the diffuse reflectance spectroscopy signal so that the respective amplifiers accept the smallest possible current differences. By removing much of the bias before amplification and/or analog-to-digital (AD) conversion, the electronics requirements are reduced and more accurate detection of gingivitis becomes possible.

[0055] Все определения, заданные и используемые в настоящем документе, следует понимать как превалирующие над словарными определениями, определениями в документах, включенных посредством ссылки, и/или обычными значениями заданных терминов.[0055] All definitions given and used herein are to be understood as taking precedence over dictionary definitions, definitions in documents incorporated by reference, and/or the conventional meanings of the given terms.

[0056] Формы единственного числа, используемые в настоящем документе в описании и в формуле изобретения, если явно не указано иное, следует понимать как означающие "по меньшей мере один".[0056] The singular forms used herein in the description and in the claims, unless expressly stated otherwise, should be understood to mean "at least one".

[0057] Выражение "и/или", используемое в настоящем документе в описании и в формуле изобретения, следует понимать как означающее "один или оба" из элементов, объединенных таким образом, то есть элементов, которые в одних случаях присутствуют совместно, а в других случаях раздельно. Несколько элементов, перечисленных с помощью «и/или», следует понимать таким же образом, т.е. «один или более» из элементов, соединенных таким образом. При необходимости могут присутствовать другие элементы, отличные от элементов, специально указанных с помощью выражения «и/или», вне зависимости от того, относятся ли они или не относятся к этим специально указанным элементам.[0057] The expression "and/or" as used herein in the description and in the claims should be understood to mean "one or both" of the elements so combined, that is, elements that are present together in some cases, and in other cases separately. Several elements listed with "and/or" should be understood in the same way, i.e. "one or more" of the elements connected in this way. Other elements other than those specifically identified by the "and/or" clause may be present, if desired, whether or not they refer to those specifically specified elements.

[0058] Используемый в настоящем документе в описании и формуле изобретения союз "или" следует понимать как имеющий то же значение, что и выражение "и/или", как описано выше. Например, при разделении элементов в списке «или» или «и/или» следует понимать как включающие, т.е. включение по меньшей мере одного, но также включение более, чем одного, из числа или списка элементов и, необязательно, дополнительных неперечисленных элементов. Только выражения, в явном виде указывающие противоположное, такие как «только один/одна/одно из» или «ровно один/одна/одно из», или выражение «состоящий/состоящая/состоящее из», используемое в формуле изобретения, будут относиться ровно к одном элементу из числа или списка элементов. В целом, термин "или", используемый в настоящем документе, должен толковаться только как указывающий на исключающие альтернативы (то есть "один или другой, но не оба"), когда ему предшествуют термины исключительности, такие как "либо", "один из", "только один из" или "именно один из".[0058] As used herein in the specification and claims, the conjunction "or" should be understood to have the same meaning as the expression "and/or" as described above. For example, when separating elements in a list, "or" or "and/or" should be understood to be inclusive, i.e. including at least one, but also including more than one, from among or a list of elements, and optionally additional unlisted elements. Only expressions explicitly indicating the opposite, such as "only one/one/one of" or "exactly one/one/one of", or the expression "consisting of/consisting of/consisting of" used in the claims, will refer exactly to one element from a number or list of elements. In general, the term "or" as used herein should only be construed as indicating exclusive alternatives (i.e., "one or the other, but not both") when preceded by exclusivity terms such as "either", "one of ", "only one of", or "exactly one of".

[0059] Используемое в настоящем документе в описании и формуле изобретения выражение "по меньшей мере один" в отношении списка из одного или более элементов следует понимать как означающее по меньшей мере один элемент, выбранный из любого одного или более элементов в списке элементов, но не обязательно включающее в себя по меньшей мере один из каждого элемента, конкретно указанного в списке элементов, и не исключающее любые сочетания элементов в списке элементов. Это определение также допускает, что при необходимости могут присутствовать элементы, отличные от элементов, конкретно указанных в списке элементов, к которым относится выражение "по меньшей мере один", независимо от того, связаны ли они или нет с этими конкретно обозначенными элементами.[0059] As used herein in the description and claims, the expression "at least one" in relation to a list of one or more elements should be understood to mean at least one element selected from any one or more elements in the list of elements, but not necessarily including at least one of each element specifically specified in the list of elements, and not excluding any combination of elements in the list of elements. This definition also allows that elements other than the elements specifically identified in the list of elements to which the phrase "at least one" refers may be present, if desired, whether or not they are associated with those specifically designated elements.

[0060] Также следует понимать, что если иное не указано в явной форме, во всех способах, заявленных в настоящем описании, которые содержат более одного этапа или действия, порядок этапов или действий способа необязательно ограничен порядком, в котором этапы и действия способа изложены.[0060] It should also be understood that, unless otherwise expressly stated, in all methods claimed herein that contain more than one step or action, the order of the steps or steps of the method is not necessarily limited to the order in which the steps and steps of the method are set forth.

[0061] В формуле изобретения, как и в приведенном выше описании, все переходные выражения, такие как "содержащий", "включающий", "несущий", "имеющий", "содержащий в себе", "задействующий", "держащий", "составленный из" и тому подобное, следует понимать как открытые, то есть означающие включающий, помимо прочего. Только переходные выражения «состоящий из» и «состоящий по существу из» должны быть ограничивающими или полуограничивающими переходными выражениями, соответственно.[0061] In the claims, as in the above description, all transitive expressions such as "comprising", "comprising", "carrying", "having", "comprising", "involving", "holding", "composed of" and the like are to be understood as open-ended, that is, meaning including, among other things. Only the transition expressions "consisting of" and "consisting essentially of" must be limiting or semi-limiting transition expressions, respectively.

[0062] Несмотря на то, что в настоящем документе описаны и изображены несколько вариантов осуществления изобретения, специалистам в данной области техники очевидно множество других средств и/или конструкций для выполнения функции и/или получения результатов и/или одного или более преимуществ, описанных в настоящем документе, и каждый из таких вариантов и/или модификаций считается находящимся в пределах объема вариантов осуществления изобретения, описанных в настоящем документе. В целом, специалисты в данной области техники легко поймут, что все параметры, размеры, материалы и конфигурации, описанные в настоящем документе, представлены в качестве примера, и что фактические параметры, размеры, материалы и/или конфигурации будут зависеть от конкретного применения или применений, для которых используют изобретение. Специалисты в данной области техники узнают или смогут выявить, путем всего лишь обычного экспериментирования, множество эквивалентов конкретных вариантов осуществления изобретения, описанных в настоящей заявке. Поэтому понятно, что вышеуказанные варианты реализации приведены только в качестве примера, и что в пределах объема приложенной формулы изобретения и ее эквивалентов варианты реализации изобретения могут быть осуществлены на практике иным образом, чем описано и заявлено. Варианты реализации настоящего изобретения относятся к каждому отдельному признаку, системе, изделию, материалу, комплекту и/или способу, описанному в настоящей заявке. Кроме того, любая комбинация двух или более таких признаков, систем, изделий, материалов, комплектов и/или способов, если такие признаки, системы, изделия, материалы, комплекты и/или способы не являются взаимно несовместимыми, включена в объем настоящего изобретения.[0062] While several embodiments of the invention have been described and depicted herein, many other means and/or constructions will be apparent to those skilled in the art for performing the function and/or obtaining the results and/or one or more of the benefits described in herein, and each of such variations and/or modifications is considered to be within the scope of the embodiments of the invention described herein. In general, those skilled in the art will readily appreciate that all parameters, dimensions, materials, and configurations described herein are by way of example and that the actual parameters, dimensions, materials, and/or configurations will depend on the particular application or applications. for which the invention is used. Those skilled in the art will recognize or be able to identify, through merely routine experimentation, many equivalents to the specific embodiments of the invention described in this application. Therefore, it is understood that the above embodiments are provided by way of example only, and that, within the scope of the appended claims and their equivalents, embodiments of the invention may be practiced in a manner other than that described and claimed. Embodiments of the present invention relate to each individual feature, system, product, material, kit and/or method described in this application. In addition, any combination of two or more such features, systems, articles, materials, kits and/or methods, unless such features, systems, articles, materials, kits and/or methods are mutually incompatible, is included within the scope of the present invention.

Claims

1. A system for detecting gingivitis using diffuse reflectance spectroscopy, comprising:

a light emitter (102) configured to emit light to a tissue area (104) in the user's mouth;

at least four wavelength-sensitive photodetectors (110, 112, 114, 116) configured to detect optical signals diffusely reflected through said area of tissue, each of said at least four wavelength-sensitive photodetectors comprising a filter (BPF1 , BPF2, BPF3 and BPF4) to obtain the required spectral bands and a photodiode (D1, D2, D3 and D4), and the photodiodes are stacked on top of each other with the ability to generate current differential signals to remove unwanted components from optical signals;

photodiode amplifiers,

and

a gingivitis detection unit (136) configured to receive output signals from the respective amplifiers and detect gingivitis in the specified tissue area.

2. The system of claim 1, wherein the light emitter and said at least four wavelength sensitive photodetectors are provided in a reflected light spectroscopy (DRS) probe.

3. The system according to claim 1, further comprising a separator (108) configured to distribute the reflected light to said at least four wavelength-sensitive photodetectors.

4. The system of claim 3, wherein the separator is a fused fiber separator, a dispersive separator, or an optical waveguide.

5. The system of claim. 1, in which the light emitter is a white LED with a phosphor.

6. The system of claim 1, wherein the filter for each of said at least four wavelength sensitive photodetectors is a band pass filter.

7. The system of claim 1 wherein the current differential signals for the photodiodes (D1, D2, D3 and D4) are arranged in ascending order of magnitude.

8. The system of claim 1, wherein the photodiode current differential signals (D1, D2, D3, and D4) include first, second, and third photodiode current differential signals (D1, D2, D3, and D4), respectively, wherein the second current differential signal is greater than the first and third current differential signals.

9. The system of claim 1, wherein the stacked photodiodes form a stack having a bottom photodiode and the bottom photodiode terminates in a closed loop controlled current source.

10. The system of claim 1, wherein the stacked photodiodes form a stack having a bottom photodiode, and the bottom photodiode generates photocurrent at a level to minimize the largest of the differential signals to be minimized.