利用阵列探测器实现荧光能量比率的牙菌斑定量检测装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了利用阵列探测器实现荧光能量比率的牙菌斑定量检测装置，包括光源(1)、聚焦准直部件(2)、二向色镜(3)、荧光收集部件(5)、色散元件(6)、阵列探测器(7)、时序发生器(8)、AD转换器(9)、传输控制及信号处理模块(10)、显示器(11)，光源(1)发出的光经聚焦准直部件(2)后，并经过二向色镜(3)反射转向后透过荧光收集部件(5)，照射到牙齿样本(4)上；牙齿样本(4)所激发的荧光经过荧光收集部件(5)后，透过二向色镜(3)，入射到色散元件(6)上，在色散元件(6)之后设置阵列探测器(7)，阵列探测器(7)与时序发生器(8)相连，时序发生器(8)与AD转换器(9)相连，AD转换器(9)与传输控制及信号处理模块(10)相连，传输控制及信号处理模块(10)与显示器(11)相连。
【专利说明】
利用阵列探测器实现荧光能量比率的牙菌斑定量检测装置
技术领域
[0001]本发明属于口腔健康监测技术领域，涉及牙菌斑检测装置，具体是一种用于检测口腔牙菌斑含量与分布的装置。【背景技术】
[0002]牙菌斑是一种黏附在牙齿表面、以黏性基质为基础的细菌性薄膜。牙菌斑内的细菌所产生的毒素及其他有害物质直接刺激牙龈(俗称牙床)，使牙根发炎。牙菌斑新陈代新， 分解糖分产生酸化物质，破坏牙体硬组织脱矿再矿的动态平衡，引发脱矿致龋。牙菌斑是龋病和牙周病共同的主要致病因素。对牙菌斑进行检测对口腔疾病预防具有重要意义。由于人肉眼无法直接观察牙菌斑，目前临床一般采用菌斑显示剂，显示剂类型有液剂和片剂两种。使用液剂时，可将蘸有显示液的棉球液体涂布于全口牙的颊舌面及邻间隙处，漱口后观察;也可将菌斑显示液滴于舌尖，用舌尖舔各牙面，漱口后观察。使用片剂时，将片剂嚼碎， 用舌尖将碎片舔各个牙面，漱口后观察。无菌斑附着部位的染色被洗掉，有菌斑附着的区域则呈现一定染色。此方法采用外部试剂涂抹的方式，显示剂残留在口腔不易清洗，根据肉眼观察判断菌斑分布的方式具有主观性，无法实现定量无损检测。
[0003]牙菌斑在紫外光激发下将产生自体荧光，区别于健康牙体组织具有不同的荧光特征光谱波段，利用该波段荧光能量可对牙菌斑含量和分布进行检测。
[0004]利用荧光技术检测牙菌斑的技术已有公开，如:中国专利文献ZL201110419562.6 公开了一种“利用荧光面阵成像的牙菌斑检测装置”，采用405nm光源激发牙齿表面，通过在面阵探测器前放置滤光片的方法提取600-800nm的荧光，以图像的形式显示牙菌斑分布。再如，中国专利文献CN1309545公开了一种“用于牙菌斑检测的带有荧光装置的牙刷”，在牙齿表面扫描，激发光源波长在470±40nm，探测波长在约540-550nm和610-620nm。将来自检测牙表面的荧光强度与来自干净牙表面的荧光强度进行比较，以此方法判断牙菌斑的含量， 实现牙菌斑的检测。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种利用紫外光激发下自体荧光光谱能量比率的牙菌斑含量定量检测的无损检测装置，其名称为利用阵列探测器实现荧光能量比率的牙菌斑定量检测装置，其能够对牙菌斑的含量进行直接探测，并以数值的形式给出检测结果，具有非接触、定量化等特点。
[0006]本发明采用以下技术方案:
[0007]利用阵列探测器实现荧光能量比率的牙菌斑定量检测装置，包括光源(1)、聚焦准直部件(2)、二向色镜(3)、荧光收集部件(5)、色散元件(6)、阵列探测器(7)、时序发生器[8]、AD转换器(9)、传输控制及信号处理模块(10)、显示器(11)，光源(1)发出的光经聚焦准直部件(2)后，并经过二向色镜(3)反射转向后透过荧光收集部件(5)，照射到牙齿样本(4) 上。光源(1)的传输方向上依次安装聚焦准直部件(2)、二向色镜(3)、荧光收集部件(5)。牙齿样本(4)所激发出的荧光经过荧光收集部件(5)后，透过二向色镜(3)，入射到色散元件 (6)上，在色散元件(6)后面放置阵列探测器(7)，阵列探测器(7)与时序发生器(8)相连，AD 转换器(9)与时序发生器(8)相连，在时序发生器(8)控制下，阵列探测器(7)的数据进入AD 转换器(9)，AD转换器(9)与传输控制及信号处理模块(10)相连，AD转换器(9)的数据进入传输控制及信号处理模块(10)，经过处理后，输出显示在显示器(11)。
[0008] 优选的，光源(1)为半导体激光器或LED等光源。
[0009] 优选的，光源(1)所发出光的波长范围为400-410nm，或者400-410nm范围内的窄带。
[0010]优选的，通过二向色镜⑶将激发光反射，并对荧光透射。
[0011]优选的，聚焦准直部件(2)将光束进行整形，调整到细长光束，照射到牙齿上的光斑大小为0.2mm左右。
[0012]优选的，二向色镜(3)安装方向与荧光收集部件(5)光轴方向夹角45度。
[0013] 优选的，二向色镜(3)对波长小于420nm的光反射，对于大于420nm的光透射。[〇〇14]优选的，利用色散元件(6)将荧光光谱在空间上进行分离，色散元件(6)是光栅或棱镜，或者其他具有色散功能的元器件。
[0015] 优选的，阵列探测器(7)为线阵探测器或面阵探测器。
[0016]优选的，传输控制及信号处理模块(10)对阵列探测器(7)的数据进行处理，得到 420nm-600nm范围的焚光能量值a以及600nm-800nm范围的光谱能量值b，并计算a/b或者b/a 作为两个能量的比值。[〇〇17]本发明还公开了另一种技术方案:
[0018]利用阵列探测器实现荧光能量比率的牙菌斑定量检测装置，包括光源(1)、聚焦准直部件(2)、荧光收集部件(5)、色散元件(6)、阵列探测器(7)、时序发生器(8)、AD转换器 (9)、传输控制及信号处理模块(10)、显示器(11)，光源(1)发出的光经聚焦准直部件(2)后， 照射到牙齿样本(4)上。光源(1)的传输方向上依次安装聚焦准直部件(2)。牙齿样本(4)所激发出的荧光经过荧光收集部件(5)后，入射到色散元件(6)上，在色散元件(6)后面放置阵列探测器(7)，阵列探测器(7)与时序发生器(8)相连，AD转换器(9)与时序发生器(8)相连， 在时序发生器(8)控制下，阵列探测器(7)的数据进入AD转换器(9)，AD转换器(9)与传输控制及信号处理模块(10)相连，AD转换器(9)的数据进入传输控制及信号处理模块(10)，经过处理后，输出显示在显示器(11)。
[0019] 优选的，光源(1)为半导体激光器或LED等光源。
[0020]优选的，光源(1)所发出光的波长范围为400-410nm，或者400-410nm范围内的窄带。
[0021]优选的，聚焦准直部件(2)将光束进行整形，调整到细长光束，倾斜照射到牙齿上的光斑大小为0.2mm左右。
[0022]优选的，色散元件(6)可以为光栅或棱镜。
[0023] 优选的，阵列探测器(7)为线阵探测器或面阵探测器。[〇〇24]优选的，传输控制及信号处理模块(10)对阵列探测器(7)的数据进行处理，得到 420nm-600nm的焚光能量值a以及600nm-800nm的光谱能量值b，并计算a/b或者b/a作为两个能量的比值。
[0025]光源(1)发出的光经聚焦准直部件(2)后，倾斜照射到牙齿样本(4)上，与荧光收集部件(5)的光轴有一定夹角，夹角在0-90度之间。
[0026]本发明利用阵列探测器实现荧光能量比率的牙菌斑定量检测装置，牙菌斑在紫外光激发下产生区别于牙齿健康组织的荧光光谱，紫外光作用在牙齿表面所产生的荧光来源于牙齿健康组织和牙菌斑，牙齿健康组织的荧光光谱主要分布在420-600nm之间，牙菌斑的荧光光谱主要分布在600-800之间，色散装置将激发的荧光光谱在空间内分离，通过在色散装置后面放置阵列探测器接收荧光光谱，不同光谱位于阵列探测器的不同位置，由信号处理模块对不同光谱波段的能量值进行计算，最终以数字形式显示在显示器上。由于采用荧光光谱能量比率的方法检测牙菌斑含量，相比只探测牙菌斑荧光能量的方法，更具有客观性、准确性。
[0027]本发明荧光光谱能量比率的牙菌斑定量检测，可以客观准确定量反映探测点牙菌斑含量，通过扫描对口腔内每一点进行探测可获得菌斑的分布情况，此发明对于指导口腔保健和预防口腔疾病具有重要意义。【附图说明】[0〇28]图1是实施例一的结构不意图。
[0029]图2是实施例二的结构示意图。
[0030]图3是传输控制及信号处理模块内部功能模块图。【具体实施方式】
[0031]本发明利用阵列探测器实现荧光能量比率的牙菌斑定量检测装置，根据激发光和荧光收集结构的不同，有多种实施例，下面结合附图，对其中两种典型的且优选的实施例予以详细说明。[〇〇32] 实施例一:
[0033]图1显示了激发光和荧光收集光路同轴的实施例，其包括光源(1)、聚焦准直部件 (2)、二向色镜(3)、荧光收集部件(5)、光谱色散元件(6)、阵列探测器(7)、时序发生器(8)、 AD转换器(9)、传输控制及信号处理模块(10)、显示器(11)，光源(1)的出射光方向依次设有聚焦准直部件(2)、二向色镜(3)，二向色镜(3)呈倾斜状。二向色镜(3)的一侧设置荧光收集部件(5)，另一侧设置光谱色散元件(6)。荧光收集部件(5)的另一侧安置待测的牙齿样本 (4)。色散元件(6)的另一侧设置阵列探测器(7)，阵列探测器(7)是线阵探测器或面阵探测器，阵列探测器(7)与时序发生器(8)相连，AD转换器(9)与时序发生器(8)相连，在时序发生器(8)控制下，阵列探测器(7)的数据进入AD转换器(9)，AD转换器(9)与传输控制及信号处理模块(10)相连，AD转换器(9)的数据进入传输控制及信号处理模块(10)，显示器(11)与传输控制及信号处理模块(10)相连。[〇〇34]光源(1)可以为400-410nm范围内某一确定波长的激光或者中心波长为其中某一波长的LED，发出的激发光经过聚焦准直部件(2)后获得光束直径在0.2_左右的平行光，光束以45度角入射到二向色镜(3)上，二向色镜(3)对小于420nm的光反射，反射光相比入射光已转向90度入射到荧光收集部件(5)上，入射光沿荧光收集部件(5)的光轴方向照射到牙齿样本(4)表面上，激发出的荧光包含牙齿健康组织和牙菌斑的荧光，经过荧光收集部件(5)收集并整形后，入射到二向色镜(3)上，二向色镜属于长波通，将波长大于420nm的光线透过。透过的荧光以平行光入射到色散元件(6)上，色散元件(6)具有将光谱进行分散的功能，可以是光栅或分光棱镜。荧光经过色散元件(6)后，光谱在空间上分布，通过阵列探测器(7)对光谱进行探测，并实现420nm-800nm范围的荧光进行收集。在时序发生器(8)控制下，对阵列探测器(7)的模拟数据进行传输，进入AD转换器(9)，AD转换器(9)将阵列探测器(7)的模拟数据转换为数字量。传输控制及信号处理模块(10)中的控制器(101)控制同步时钟(102)将AD转换器(9)的数字量通过输入接口(103)传输进入存储器(104)中，通过控制器(101)可获得420nm-600nm范围和600nm-800nm范围内的荧光光谱数据在存储器(104)中存储的位置以及每个波长的荧光能量大小，通过运算器(105)计算420nm-600nm范围的荧光能量值a与600nm-800nm范围的光谱能量值b的比值a/b或者b/a，并将该比值传输至输出接口(106)，最终显示在显示器(11)上。
[0035]实施例二:
[0036]图2显示了激发光和荧光收集光路不共轴的实施例，其包括光源(1)、聚焦准直部件(2)、荧光收集部件(5)、光谱色散元件(6)、阵列探测器(7)、时序发生器(8)、AD转换器
(9)、传输控制及信号处理模块(10)、显示器(11)，光源(I)的出射光方向设有聚焦准直部件
(2)，聚焦准直部件(2)沿透出光一侧安置待测的牙齿样本(4)，牙齿样本(4)与光线呈一定角度。沿牙齿样本(4)激发的光线方向设有荧光收集部件(5)。光源(I)发出的光经聚焦准直部件(2)后，倾斜照射到牙齿样本(4)上，与荧光收集部件(5)的光轴形成的夹角在0-90度。荧光收集部件(5)的另一侧设有色散元件(6)，色散元件(6)的另一侧设置阵列探测器(7)，阵列探测器(7)与时序发生器(8)相连，AD转换器(9)与时序发生器(8)相连，在时序发生器
(8)控制下，阵列探测器(7)的数据进入AD转换器(9)，AD转换器(9)与传输控制及信号处理模块(10)相连，AD转换器(9)的数据进入传输控制及信号处理模块(10)，显示器(11)与传输控制及信号处理模块(10)相连。
[0037]光源(I)可以为400_410nm范围内某一确定波长的激光或者中心波长为其中某一波长的LED，发出的激发光经过聚焦准直部件(2)后获得光束直径在0.2_左右的平行光，光束以一定角度入射到牙齿样本(4)表面上，激发出的荧光包含牙齿健康组织和牙菌斑的荧光，经过荧光收集部件(5)收集并整形后，荧光以平行光入射到色散元件(6)上，色散元件
(6)具有将光谱进行分散的功能，可以是光栅或分光棱镜。荧光经过色散元件(6)后，光谱在空间上分布，通过阵列探测器(7)对光谱进行探测，并实现420nm-800nm范围的荧光进行收集。在时序发生器(8)控制下，对阵列探测器(7)的模拟数据进行传输，进入AD转换器(9)，AD转换器(9)将阵列探测器(7)的模拟数据转换为数字量。传输控制及信号处理模块(10)中的控制器(101)控制同步时钟(102)将AD转换器(9)的数字量通过输入接口(103)传输进入存储器(104)中，通过控制器(101)可获得420nm-600nm范围和600nm-800nm范围内的荧光光谱数据在存储器(104)中存储的位置以及每个波长的荧光能量大小，通过运算器(105)计算420nm-600nm范围的荧光能量值a与600nm-800nm范围的光谱能量值b的比值a/b或者b/a，并将该比值传输至输出接口(106)，最终显示在显示器(11)上。
[0038]本发明利用阵列探测器实现荧光能量比率的牙菌斑定量检测装置，其光源发出紫外光作用在牙齿上，牙菌斑发出的荧光经过收集整形后入射到光谱色散装置，通过在光谱色散装置后面放置阵列探测器，接收420nm-800nm范围的荧光能量，并经过信号处理模块计算两个波段的能量比值，以数值形式显示，用于定量评价牙菌斑的含量。
[0039]本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上实施例仅是用来说明本发明，而并非作为对本发明的限定，只要在本发明的范围内，对以上实施例的变化、变型都将落在本发明的保护范围。
【主权项】
1.利用阵列探测器实现荧光能量比率的牙菌斑定量检测装置，其特征是包括光源(1)、 聚焦准直部件(2)、二向色镜(3)、荧光收集部件(5)、色散元件(6)、阵列探测器(7)、时序发 生器(8)、AD转换器(9)、传输控制及信号处理模块(10)、显示器(11)，光源(1)发出的光经聚 焦准直部件(2)后，并经过二向色镜(3)反射转向后透过荧光收集部件(5)，照射到牙齿样本 (4)上;牙齿样本(4)所激发的荧光经过荧光收集部件(5)后，透过二向色镜(3)，入射到色散 元件(6)上，在色散元件(6)之后设置阵列探测器(7)，阵列探测器(7)与时序发生器(8)相 连，时序发生器(8)与AD转换器(9)相连，AD转换器(9)与传输控制及信号处理模块(10)相 连，传输控制及信号处理模块(10)与显示器(11)相连。2.如权利要求1所述利用阵列探测器实现荧光能量比率的牙菌斑定量检测装置，其特 征是:光源(1)为半导体激光器或LED。3.如权利要求1所述利用阵列探测器实现荧光能量比率的牙菌斑定量检测装置，其特 征是:二向色镜(3)对波长小于420nm的光反射，对于大于420nm的光透射。4.如权利要求1所述利用阵列探测器实现荧光能量比率的牙菌斑定量检测装置，其特 征是:色散元件(6)是光栅或棱镜。5.如权利要求1所述利用阵列探测器实现荧光能量比率的牙菌斑定量检测装置，其特 征是:阵列探测器(7)是线阵探测器或面阵探测器。6.利用阵列探测器实现荧光能量比率的牙菌斑定量检测装置，其特征是包括光源(1)、 聚焦准直部件(2)、荧光收集部件(5)、色散元件(6)、阵列探测器(7)、时序发生器(8)、AD转 换器(9)、传输控制及信号处理模块(10)、显示器(11)，光源(1)发出的光经聚焦准直部件 (2)后，照射到牙齿样本(4)上，牙齿样本(4)所激发出的荧光经过荧光收集部件(5)后，入射 到色散元件(6)上，在色散元件(6)之后设置阵列探测器(7)，阵列探测器(7)与时序发生器 (8)相连，时序发生器(8)与AD转换器(9)相连，AD转换器(9)与传输控制及信号处理模块 (10)相连，传输控制及信号处理模块(10)与显示器(11)相连。7.如权利要求6所述利用阵列探测器实现荧光能量比率的牙菌斑定量检测装置，其特 征是:光源(1)所发出光的波长范围为400-410nm，或者400-410nm范围内的窄带。8.如权利要求6或7所述利用阵列探测器实现荧光能量比率的牙菌斑定量检测装置，其 特征是:聚焦准直部件(2)将光束进行整形，调整到细长光束，倾斜照射到牙齿上的光斑大 小为 〇.1_〇.3mm。9.如权利要求8所述利用阵列探测器实现荧光能量比率的牙菌斑定量检测装置，其特 征是:光源(1)发出的光经聚焦准直部件(2)后，倾斜照射到牙齿样本(4)上，与荧光收集部 件(5)的光轴形成的夹角在0-90度。10.如权利要求6所述利用阵列探测器实现荧光能量比率的牙菌斑定量检测装置，其特 征是:传输控制及信号处理模块(10)对阵列探测器(7)的数据进行处理，得到420nm-600nm 的焚光能量值a以及600nm-800nm的光谱能量值b，并计算a/b或b/a作为两个能量的比值。
【文档编号】G01N21/64GK106092979SQ201610374067
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年5月30日
【发明人】陈庆光
【申请人】杭州电子科技大学