一种用于预测口腔癌、恶性疾病、龋齿和牙周袋异常的口腔内
医疗设备
[0002] 本申请要求于2017年8月16日提交的印度
专利申请No.201741028952的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
技术领域
[0003] 本
发明涉及一种用于诊断口腔异常的口腔内医疗设备(“DR Oroscope”)。更具体地，本发明涉及一种使用各种
波长的光来检测天然白光不能看到的异常口腔组织的经济型
荧光可视化设备。该设备还将帮助检测口腔中的组织血管和感染。
背景技术
[0004]
光谱设备和
内窥镜被广泛用作基于组织光学的成像设备，用于筛查和诊断。组织光学是指光对活组织的影响。在口腔癌的鉴定中，蓝光(波长400-490nm)已用于通过荧光可视化损失(FVL)鉴定异常组织。当蓝光穿透大约1毫米深时，此技术特别有用，并且所有口腔癌中超过95％是鳞状细胞癌。上皮的厚度范围从嘴底的99um到颊粘膜的294um，因此400-490nm的蓝光可以轻松到达
皮肤的这一层。
[0005] 与健康组织相比，
肿瘤由于其增加的代谢活性而倾向于表现出较低
水平的自发荧光。代谢活性的这种增加导致细胞外基质的分解以及黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)的浓度降低。FAD是一种荧光团和一种内源性化合物，在430nm处被激发。它吸收蓝光，并自发绿光。但是，FAD浓度较低的区域将发出较少的绿光，从而可以观察FVL。
[0006] 蓝、绿和黄波长的光被血红蛋白吸收最好。由于与正常健康组织相比，肿瘤中血管的数量增加，肿瘤组织显示出增加的蓝光吸收和散射。上皮的增厚，增加的血管形成和发育异常的核都是由肿瘤的进展引起的。这些因素也导致光的吸收和/或散射。
[0007] 癌症是全球死亡的主要原因之一；口腔癌是亚洲第六大最常见的癌症，在印度所有癌症中排名第三。从社会经济规模的较低端开始的人群中，口腔癌更加高发，印度占世界口腔癌病例的1/3。大多数情况下，口腔癌具有前述的PMD。当在此阶段通过筛查更大的人群进行鉴定时，可以控制其进展，从而减少口腔癌的发生。
[0008] 定期筛查和早期诊断癌症会大大增加成功
治疗的机会，并提高医疗保健效果。尽管在某些类型的癌症中建议使用固定的筛查时间表，但随着早期癌症诊断方法的不断研究(包括鉴定新的
生物标志物的研究，如美国专利20110021370中所述)，一些筛查技术仍在发展。
[0009] 为了这种筛查的目的，许多
即时检验和便携式设备正在被开发并在临床中使用。美国专利第9535068号公开了一种即时检验诊断测试、设备和一次性用品，用于在收集样本的同一次就诊中确定患者患口腔癌的
风险。
[0010] VELscope是一种设备，可通过显示在标准检查过程中肉眼无法辨别的口腔癌而增加检测出的癌症百分比，并且由于基于设备成本的经济限制和许多这种设备的灵敏度仍然较低，因此不能用于资源贫乏的环境。
[0011] 各种其他专利US9125610、US20060241347、US20080318180描述了可用于口腔筛查的设备，但缺少能够识别异常的新脉管系统和感染的多波长照明(发光)源。这些设备还缺少图像
传感器，因此这些设备无法可视化病变的边缘或任何PMD。
[0012] 现有的一些用于口腔癌检测的技术和设备，其优缺点如下：
[0013]
[0014]
[0015]
[0016] 因此，需要开发一种低成本的设备，其具有更高的灵敏度和特异性来筛查口腔癌，并且本发明的“DR Oroscope”可以革新早期的癌症检测。
发明内容
[0017] 本发明涉及一种手持口腔内医疗设备，其具有发出各种特定波长的光的照明源，用于筛查各种口腔疾病，因为在产生白光的单个
光源下看不到异常组织和发育异常变化。本发明的
实施例是提供了成本有效的设备，以诊断口腔中的异常、潜在的恶性疾病、齿间龋齿、牙周袋和其他此类疾病。该设备还利用从发光源发出的各种波长的光来帮助观察病变中的脉管系统和口腔中可能的感染。
[0018] 描述了具有设备的近端、主体和远端或尾部的本发明的实施例。近端具有光源以及基于电荷
耦合器件传感器的摄像头和滤光器机构，将其小型化以用于口内。远端具有电源机构。手持主体具有系统的核心，该系统包括基于
微处理器的
电路，具有嵌入式
软件来捕获和传输图像/视频；多个
开关来控制波长、光强和记录机构。使用图像/视频处理软件进一步处理捕获的图像/视频，并显示在合适的设备(例如智能手机或智能
平板电脑或计算机)上，以进行医学诊断来检测口腔异常。
附图说明
[0019] 参照附图描述详细说明。附图标记的最左边的数字标识该附图标记首次出现的图。在整个附图中，相同的标号用于指代相似的特征和部件。
[0020] 图1：设备的俯视图
[0021] 图2：设备的斜视图
[0022] 图3：设备中PCB的俯视图
[0024] 图5：在自然光(A)、口腔外蓝光(B)下观察到的口腔粘膜下
纤维化的情况，并与OralID(C)进行了比较
[0025] 图6：以自然光(A)拍摄的照片、以自然光(B)拍摄的经过滤光的照片、以蓝光(C)拍摄的经过照片、以蓝光(D)拍摄的经过滤光的照片的情况
[0026] 图7：DR Oroscope系统的
块水平描述
[0027] 附图可以仅示出与理解本发明的实施例有关的那些具体细节。此外，技术人员将理解，附图中的元件是为了简化而示出的，并且可能不一定按比例绘制。
具体实施方式
[0028] 除非上下文或定义另有指示，否则本文中使用的所有术语(包括本部分以下具体描述的术语)均按照其通常含义使用。同样，除非另有说明，除
权利要求书外，“或”的使用包括“和”，反之亦然。除非明确说明，否则非限制性术语不应解释为限制性的(例如，除非另外明确说明，否则“包括”和“包含”是指“包括但不限于”)。
[0029] 本发明是便携式设计并且用于口内使用的医疗设备。所描述的设备分为三个部分：
[0030] a.设备的近端或头部(1)；
[0031] b.设备的主体(2)和
[0032] c.设备的远端或尾部(3)。
[0033] 该设备的近端包括光源(6)和带有摄像头和滤光器机构(5)的电荷耦合器件传感器。
[0034] 本实施例的光源(6)具有发光
二极管(LED)灯，并且
支撑驱动电路可以发射各种波长的光以照亮可疑区域，并且所发射的光产生照亮目标区域的光
信号。可以将可选的滤光器与光源配合使用以控制光参数。现有的设备只能在黑暗的房间中进行有效的可视化，而与之不同的是，各种波长的光使得能够在日光或有光的房间中观察口腔。已经观察到各种波长的光有助于口腔中的特定诊断。本发明发射三种不同波长的光；它们是蓝色、红色和绿琥珀色。
[0035] 蓝光用于根据组织的自发荧光和荧光丧失特性来检测潜在的恶性疾病和口腔癌。
[0036] 红光用于检测在各种情况下发生的感染。
[0037] 绿琥珀光用于检测血管，因为周围血管和中央
坏死增加是
恶性肿瘤的显著特征。该光还可以与上述蓝光一起用于检测
预后。
[0038] 基于电荷耦合器件(CCD)传感器(5)的摄像头、光学焦点和滤光器机构(5)与发光区域相邻或在其内，用于捕获口腔的图像/视频。CCD传感器(5)用于通过切换各种光波长来捕获图像，而无需移动设备，从而有助于实现标准化。可以附
接口内设备以与诸如智能
移动电话、智能平板电脑、计算机或任何其他用于存储、处理和显示图像/视频的设备的外部设备通信。可以将滤光器固定到CCD传感器(5)，该滤光器选择性地阻止特定波长的光进入传感器。来自光源的光学检查信号的这种阻止产生了不同的信号，该信号由图像传感器捕获。CCD传感器(5)捕获
光信号，口内设备将图像数据传输到智能设备或计算机上的应用程序软件，该软件可以进行
图像处理，例如过滤和锐化具有低光或过量光图像以增强清晰度。这提高了捕获包括病变边缘在内的口腔所有区域的准确性。
[0039] 该设备还包括可合并到CCD传感器(5)摄像头机构的滤光器。当使用外部图像处理软件完成滤光操作时，这使得口内设备在中低收入国家制造和使用时更加经济。
[0040] 设备(2)的主体包括在多个
位置的多个开关(4)，以控制光源的激活、从光源和记录机构(6)发出的光的波长和强度。该设备的主体连接该设备的近端(1)和远端(3)，并且是由使用者用来保持该设备的区域。该设备的主体还包括印刷电路板(7)，该印刷电路板机械支撑并电气连接该设备的
电子组件。PCB(7)可以在任何
基板上制成刚性或柔性-刚性或柔性的。设备的主体和近端可以设计成制成刚性的或柔性的。
[0041] 该设备的主体包含系统的核心，如图7
框图所示。设计电子
嵌入式系统和IoT(
物联网)领域的技术人员可以理解这一点。本实施例基于具有
存储器和输入/输出机构的微处理器。该实施例可以可替代地在ASIC或FPGA或微处理器或其组合上实现。微处理器执行存储在存储器-PROM(可编程
只读存储器)中的嵌入式软件。如果需要以后使用，可以有其他存储装置(NAND闪存或SD卡)将图像存储在口内设备中。微处理器与光源
驱动器、可调谐滤光器、CCD传感器电路、光学聚焦机构、使用开关的输入机制(用于光源配置文件)和数据传输通信方式(例如USB端口或光纤端口或蓝牙或WirelessLAN或蜂窝通信)接合。系统的核心不必局限于设备主体(2)中的位置。只要考虑到空间和
散热，取决于机械设计，它就可以位于整个口内设备的任何位置。该设备可能具有用于独立电源的可选
电池，否则它可以从外部连接的设备获取电
力。
[0042] 设备(3)的远端用于设备的电源子系统，以为PCB电路供电并接合到外部计算系统，例如智能设备或计算机或任何此类相关设备，以捕获和处理图像/视频。远端可以具有带有电池或
电缆机构的电源子系统，以在连接到智能设备或计算机或任何此类相关设备时提供电力。电源子系统不必限于设备的远端(3)，并且只要考虑到空间和供电散热，就可以位于整个口内设备机械设计中的任何位置。口内设备还可以通过有线或无线数据通信网络子系统连接到外部计算系统，例如智能设备或计算机或任何此类相关设备。当通过数据通信网络(互联网
云)连接时，本发明可以将实时的和存储的图像传输到可以通过使用“Dr Oroscope”进行远程诊断的智能设备或计算机或任何此类相关设备。
[0043] 本发明的设备由诸如塑料或任何
聚合物或热塑性类的材料或
树脂或其混合物制成。术语“塑料”表示由可延展的并且可以模制成固体的多种合成或半合成有机化合物中的任何一种组成的材料。它属于多种聚合物，例如聚酰胺或尼龙、聚
碳酸酯、聚酯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、丙烯腈丁二烯苯乙烯或其组合。该设备可以是模制的聚合体(例如，热塑性材料体)，其可以由
单层聚合(塑料)材料制成。可以选择用于形成容器主体的材料，使得该容器主体在正常环境压力下是视觉上可透射的并且基本上是不可渗透的，从而允许适当的保存期限。与常规容器不同，容器主体不需要具有进行高压灭菌的必要特性(例如，承受高压灭菌的高温、高压和
蒸汽)。有用材料的示例包括但不限于聚碳酸酯、聚烯
烃(例如聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)或环烯烃(COC))、聚酯(例如聚对苯二
甲酸乙二醇酯(PET)或聚
萘二甲酸乙二醇酯(PEN))、聚酰胺(尼龙)或塑料领域中其他众所周知的材料。在聚乙烯中，LDPE(低
密度聚乙烯)以及HDPE(高密度聚乙烯)都可以用作聚合体。表现出高透明性的非晶塑料例如非晶尼龙也可能是合适的。
[0044] 该设备基于荧光活性而工作，并使用各种波长的光通过穿透上皮组织并通过基底层到达基质来观察口腔。这将使用户能够以不同
颜色观察到可疑病变，因为绿光可使病变中的脉管系统可见，而在癌组织中这种脉管系统是增加的，而红光可使口腔中的任何感染可见。本发明的设备在以下几点上优于其他设备：
[0045] 1.便携性：口内便携式设备。
[0046] 2.连接性：可以连接到任何智能设备，例如手机或平板电脑；计算机和相关设备。该设备可以从这些设备获取电力以进行操作，从而使得能够进一步在低资源环境中使用它。可以通过USB或光纤电缆之类的有线连接、或者通过WirelessLAN或蓝牙或相关程序的无线连接、或者通过数据通信网络将图像传输到这些外部设备，以提供基于
远程医疗的服务。
[0047] 3.可见性：数据从口内设备摄像头传输到智能设备(如手机、计算机和相关设备)后，可以使口腔具有更大的可见性，从而进一步促进更好的检查和筛查。集成到设备中的摄像头有助于用户在执行检查时捕获图像。
[0048] 4.再现性：可以拍摄高倍和重复的照片。
[0049] 5.负担能力：设备制造成本低，适合在中低收入国家使用。
[0050] 6.可接受性：更高，因为它是非侵入性的检查技术。
[0051] 7.准确性：由于产生不同波长和强度的光，因此准确性提高。
[0052] 8.可达性：可以作为口内设备进入口腔的每个
角落，任何地方的任何医护人员都可以使用。
[0053] 实验：
[0054] 通过筛查100例口腔疾病患者进行了初步筛查。记录个人信息、社会信息、既往病史、患者习惯以及就诊的附加信息。所收集的病史有助于确定口内病变是否可能是全身性疾病的一部分，以及需要向患者提供的治疗过程。用本发明的“DR Oroscope”系统对患者进行了彻底的检查。对每位患者观察到的潜在恶性病变进行了两次检查：第一次检查组成为用DR Oroscope设备筛查口腔，然后对病变进行活检以确认病理。当使用DR Oroscope进行检查时，将依次使用蓝光、绿光和红光进行检查，以在所有这些波长的光下观察患者的整个口腔。图5表示在自然光(A)下、使用DR Oroscope的蓝光(B)和另一种市售设备OralID(C)检查的情况。使用DR Oroscope观察时，新血管系统和病变明显更清晰。图6表示在自然光(A)和蓝光(C)下检查的情况，以及通过在白光(B)和蓝光(D)下应用滤光器观察到的图像。此处应用的滤光器增强图像以进行精确诊断。
[0055] 统计分析：
[0056] 确定每个检测到的病变的恶性程度，26例包括11例扁平苔藓、7例粘膜白斑、5例鳞状细胞癌、3例口腔粘膜下纤维化，该26例被确定为高危病变。
[0057] 使用以下公式计算灵敏度、特异性、准确度、阳性预测值和阴性预测值：
[0058] 灵敏度＝[真阳性/(真阳性+假阴性)]x100
[0059] 特异性＝[真阴性/(真阴性+
假阳性)]x100
[0060] 准确度＝灵敏度+特异性
[0061] 阳性结果的预测值(PV+)＝[真阳性/(真阳性+假阳性)]x100
[0062] 阴性结果的预测值(PV-)＝[真阴性/(真阴性+假阴性)]xl00
[0063] 患者分布：
[0064] 对样本分布进行统计分析。样本由50位男性和50位女性组成，平均年龄为37-40岁。
[0065] 结果表明潜在的恶性病变的发生和性别分布。临床未分化病变在女性(90-94％)中高于男性(86-90％)，而临床分化病变在男性中比女性(9-10％)更高。
[0066] 潜在恶性病变在男性和女性患者之间无统计学差异。
[0067] 如图5和图6所示，观察到了根据病变类型的受试者分布。数据表明，创伤性溃疡的发生率最高(26.8％)和或寻常性天疱疮(1.4％)是最不常见的。
[0068] 结合前述实施例，对于本领域技术人员而言，现在其他变化将是显而易见的。在不脱离本发明的范围的情况下，可以对上述设备进行各种
修改和变型。
[0069] 根据前述内容，将理解，上述本发明的实施例非常适合于提供所阐述的优点，并且由于许多可能的实施例可以由本发明的各种特征构成，并且由于本文所述的设备的各个部分可以变化，所有这些均不脱离本发明的范围，应理解，上文中阐述或在附图中示出的所有内容均应解释为说明性的，并且在某些情况下，在不背离本发明范围的情况下，某些特征可以使用而不与其他特征相应使用。
[0070] 此外，本发明必须在不同的附图中示出。以下用于功能的特定和非限制性步骤仅应被解释为说明性的，而不以任何方式限制本公开。
