自光源(未示出）的光被引導(dǎo)穿過其并且最終 被發(fā)射的一個光纖。此外，探頭406包含"短距離光接收元件"421sd和"長距離光接收元件" 4211d，它們兩者也由單個光纖實現(xiàn)，該單個光纖分別被設(shè)置為離開發(fā)光元件411短距離和 長距離。由這兩個接收元件421sd、4211d接收的光可以被分開檢測，例如因為接收元件 421sd、4211d耦合到不同的光檢測器，諸如光譜儀(未示出）或者其它更簡單的檢測器(例 如，具有光譜濾波器的兩個或者三個光電二極管，這依賴于測量方案）。
[0071] 短距離光接收元件421sd可以收集被發(fā)光元件411發(fā)射并且通過牙齒T和斑塊P散 射的光Isd，但是僅對于短距離而言，而長距離光接收元件421 Id收集已經(jīng)在更長距離上被散 射的光lid。因此，所接收的光的這兩個部分的性質(zhì)是不同的。
[0072] 在使用期間，來自寬帶光源的光I in被注入穿過發(fā)光元件411的光纖。光接收光纖 421 sd、4211 d連接到實現(xiàn)對光譜或者光譜的部分的測量的光譜儀。
[0073]對于發(fā)光元件411和光接收光纖421sd、4211d兩者而言優(yōu)選的是被設(shè)置用于直接 接觸牙齒T的表面，以便將外部影響最小化。在本發(fā)明的框架內(nèi)，可能使用三個光纖411、 421sd、4211d用于發(fā)射光和接收光，但是其它可能性也是可行的。例如，可以僅使用兩個光 纖，其中例如，可以使得一個光纖服務(wù)用于發(fā)射光且另一光纖服務(wù)用于接收光，或者一個光 纖服務(wù)用于發(fā)射光和接收光兩者且另一光纖僅服務(wù)用于接收光。如所提及那樣，還可能使 用單個光纖用于執(zhí)行發(fā)射光和接收光的兩個功能。在具有組合功能的光纖的情形下，適當(dāng) 的是在光纖的存在光源和檢測器的一側(cè)使用分光器。在任何情形下，當(dāng)使用至少一個光纖 時，實際選項是使光纖被設(shè)置在牙刷400的刷子中。
[0074]圖5示出了來自牙齒T的覆蓋有斑塊P的部分(虛線，符號"P"）和牙齒T的清潔部分 (實線，符號"N"）的典型反射光譜。上圖示出了使用短距離光接收元件421sd測量的光譜(為 歸一化強度Isd)，中圖示出了來自長距離光接收元件4211d的光譜(為歸一化強度I ld)，并且 下圖顯示了兩個光譜之間的比值（Ild/Isd)。這些光譜之間有明顯的不同，從而允許對斑塊P 的檢測。
[0075] 下面，將更詳細(xì)地描述從光譜提取斑塊P的存在的三個示例性方法。
[0076] 1.在第一方法中，兩個光譜之間的比值(Ild/Isd)如圖5的下圖中圖示的那樣確定。 使用兩個光譜的優(yōu)勢是，可以被假設(shè)為在相距發(fā)光元件411的兩個距離處相同的像檢測誤 差的噪聲因素的影響、環(huán)境光的影響等可以被平均掉，使得該比值可以被用作對牙齒T的斑 塊狀態(tài)的可靠指示器?？梢约僭O(shè)的是，當(dāng)牙齒上存在斑塊P時，吸收效應(yīng)相對小，使得這種效 應(yīng)不阻礙該比值在斑塊檢測的特定上下文中的實際應(yīng)用。
[0077]優(yōu)選地，該比值在例如700nm的波長處確定，在該波長處與清潔牙齒T關(guān)聯(lián)的比值 和與覆蓋有斑塊P的牙齒T關(guān)聯(lián)的比值之差相對大。通過例如將該比值的實際值和與清潔牙 齒T關(guān)聯(lián)的比值的值比較，并且評定第一比值是否相對于第二比值大幅減少，可以確定接受 調(diào)查的牙齒T上是否存在斑塊P。
[0078] 2.在第二方法中，測得的光譜被擬合于散射模型，該散射模型特別適合于找出散 射效應(yīng)和吸收效應(yīng)之間的區(qū)別（參見R.Nachabe等人的"Diagnosis of breast cancer using diffuse optical spectroscopy from 500to 1600nm:comparison of classification methods"，J.Biomedical Optics 16(8)，087010(August 2011))。如在這 一引用中描述的那樣，作為波長的函數(shù)的約化散射系數(shù)μ%(λ)由下式建模：
[0080]其中對應(yīng)于波長歸一化值、α是在處的約化散射幅度，米氏(Mie)散射斜率是b， 并且P表示米氏散射與總散射的約化散射，假設(shè)米氏散射和瑞利(Rayleigh)散射為組織中 的兩種類型的散射，其中注意，米氏散射與相對大的粒子關(guān)聯(lián)且瑞利散射與相對小的粒子 關(guān)聯(lián)。下表示出了針對兩個牙齒T(有斑塊P和無斑塊P兩者)上的四個不同"短距離"測量的 使用這一散射模型提取的參數(shù)，其中λ==800ηπι，并且其中因為選擇波長的值使得等于歸 一化值，所以μ%(λ)=α。為了完整性，注意，還可能選擇波長的值使得偏離歸一化值。此外， 除了800nm之外的另一值可以關(guān)于歸一化值被選擇。然而，考慮到如下事實，即光從表面被 散射的程度還依賴于光的波長相對于如表面上存在的粒子的尺寸的關(guān)系，就斑塊檢測而 言，800nm顯現(xiàn)為是合適的值。
[0082]結(jié)果顯示作為可能的斑塊區(qū)分器的800nm波長處的約化散射系數(shù)。包含斑塊P的牙 齒表面與沒有斑塊P的牙齒表面相比更加粗糙，導(dǎo)致針對具有斑塊P的牙齒T的更高散射，并 且相比于沒有斑塊P的牙齒T，對于具有斑塊P的牙齒T而言，約化散射系數(shù)更高。因此，當(dāng)約 化散射系數(shù)的實際值與約化散射系數(shù)的與牙齒T上不存在斑塊P關(guān)聯(lián)的預(yù)定值比較，并且發(fā) 現(xiàn)第一值高于第二值時，可以推斷牙齒T上存在斑塊P。第二方法的優(yōu)勢是，僅需要單個檢測 器位置，并且因為移除了吸收的影響，獲得非常準(zhǔn)確的結(jié)果。
[0083] 事實上，可以說，α提供對光從牙齒表面被散射的程度的指示，b提供對被散射的光 的米氏分量的指示，并且P提供對被散射的光的瑞利分量的指示。各種值通過測量被散射的 光的光譜來確定。根據(jù)上文，值α適合于被用作對斑塊存在的指示器。根據(jù)更復(fù)雜的選項，還 可能使用值b和/或值Ρ。
[0084] 3.在第三方法中，評估了兩個波長處的散射。如可以在圖5中的上圖中看到那樣， 近似400nm和550nm之間的斜率在存在斑塊P時不同。因此，執(zhí)行如下測試，其中針對24個不 同測量計算以下比值S:
[0086]其中434nm被取作λ:，并且537nm被取作λ2。圖6中示出了結(jié)果的柱狀圖。對包含斑塊 Ρ(符號"Ρ"）的牙齒Τ的所有測量都具有負(fù)的比值，而對清潔的牙齒Τ(符號"Ν"），比值是正 的。因此，推斷該比值適合于被用作斑塊區(qū)分器，雖然沒有如在第二方法中那樣移除吸收的 影響。該算法相對簡單，考慮到家庭使用和設(shè)備成本，這可以是優(yōu)勢?？傮w上，如果λ 2被選擇 為使得在上述斜率方面大于h則是有利的。
[0087] 圖7示意性地圖示了備選實施例，其中斑塊檢測基于散斑相關(guān)。再次，僅示出了對 應(yīng)的牙刷500的相關(guān)部件。這些部件包括相干光源510,例如激光器，通過某個發(fā)光元件511 將光Ι ιη從相干光源朝向牙齒T上的斑塊P發(fā)射。已經(jīng)被反射的光由光收集元件521(例如透鏡 系統(tǒng))收集，并且被引導(dǎo)到(數(shù)碼)相機520,表面的圖像在相機處生成。
[0088] 由激光器510發(fā)射的光Iin的相干光束照射牙齒T。相機520對可能覆蓋有斑塊P的牙 齒表面處的散斑圖案成像。隨著時間推移，斑塊層P的微觀結(jié)構(gòu)由于各種原因（諸如從該層 漏出的水)改變。斑塊層的改變導(dǎo)致散斑圖案的可測量的去相關(guān)。如果沒有斑塊P，則散斑圖 案在時間上更穩(wěn)定。
[0089]相關(guān)C(t)可以被計算為
[0091] 其中I(x，y，t)是時間t處測量的強度圖像，兩個求和在興趣區(qū)域的X和y像素上進 行，并且其中頂部的線條表示圖像I(x，y，t)的空間平均值。興趣區(qū)域理想地覆蓋不止一個 可解散斑。相關(guān)C(t)使用兩個圖像歸一化:參考圖像l(x，y，0)和另一圖像Ι(χ， 7,0+δ)，該另 一圖像在第一圖像之后立即拍攝，使得散斑圖案尚未被顯著去相關(guān)。以這一方式，圖像中的 任何噪聲在歸一化中正確地平均掉。
[0092] 圖8示出了從清潔牙齒(符號"Ν"）和從斑塊覆蓋的牙齒(符號"Ρ"）散射的光的散斑 圖案的測得的相關(guān)。就在測量之前，牙齒被從水環(huán)境中取出并且被放置在干燥的杯中。斑塊 覆蓋的表面上的散斑圖案明顯比牙齒的清潔部分上的散斑圖案更多并且更快地去相關(guān)。因 此，對斑塊狀態(tài)的指示可以通過將相關(guān)C(t)的值與相關(guān)C(t)的與牙齒上不存在斑塊關(guān)聯(lián)的 預(yù)定值比較而獲得，其中如果發(fā)現(xiàn)相關(guān)C(t)的值相對于預(yù)定值減少，則推斷斑塊存在。
[0093] 當(dāng)牙齒在或多或少干燥的環(huán)境中時，測量工作得最好。實際上，這可以通過使用具 有內(nèi)建空氣絲系統(tǒng)的牙刷實現(xiàn)。于是空氣絲可以就在測量開始之前將牙齒吹干。
[0094]還為了防止由牙刷移動造成的測量的任何高頻率擾動，優(yōu)選在測量期間禁用刷 洗。
[0095]總之，已經(jīng)描述了用于檢測牙齒T上的斑塊P的設(shè)備的各種實施例。根據(jù)優(yōu)選實施 例，光Ιιη被朝向牙齒T發(fā)射，并且其從牙齒T的表面和可能存在于牙齒T上的斑塊P散射的部 分被光接收元件121、421 8(1、4211(1、521再收集。所接收的光1%、13(1、11(1被提供到用于生成檢 測信號X的光檢測器120、52