專利名稱：數(shù)字化口腔智能輔助診療系統(tǒng)二維微掃裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)電類，有關(guān)一種數(shù)字化口腔智能輔助診療系統(tǒng)二維微掃裝置，尤指 主要應(yīng)用于口腔醫(yī)學(xué)的口腔、牙齒可見光圖像的數(shù)字化口腔智能輔助診療系統(tǒng)二維微掃裝置。
背景技術(shù)：
在口腔醫(yī)學(xué)中，常見的牙齒問題包括牙齒擁擠、疏松、哨牙、倒及牙、暴牙等，同時 不整潔的牙齒容易造成蛀牙、牙周病等牙患。自動數(shù)字化口腔智能輔助診療系統(tǒng)，從牙齒圖 像和治療模擬樣本中獲取診斷參數(shù)，在治療應(yīng)用之前模擬其作用結(jié)果，是一項(xiàng)前沿、適用性 強(qiáng)、應(yīng)用廣泛、引人關(guān)注的技術(shù)，特別是隨著整形美容業(yè)的發(fā)展，牙齒的“美容”受到前所未 有的關(guān)注，數(shù)字化口腔智能輔助診療系統(tǒng)在醫(yī)治牙病和牙齒“美容”方面，為越來越多的臨 床所應(yīng)用。但是現(xiàn)有的數(shù)字化口腔智能輔助診療系統(tǒng)不具有二維微掃裝置，無法進(jìn)行自動 掃描圖像。該輔助診療系統(tǒng)的上述缺陷阻礙了其在醫(yī)療實(shí)踐中作用更好的發(fā)揮，影響了更 有效的治療效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種數(shù)字化口腔智能輔助診療系統(tǒng)二維微掃裝置，解決現(xiàn) 有數(shù)字化口腔智能輔助診療系統(tǒng)不具有二維微掃裝置，無法進(jìn)行自動掃描圖像的問題。本 發(fā)明基于逆向工程的口腔、牙齒三維重建需求，利用多目計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)重建口腔、牙齒的 三維結(jié)構(gòu)，對建立具有口腔、牙齒生物、物理特性的動態(tài)模型，對牙齒矯正、修補(bǔ)、牙齒制備、 安裝假牙的過程仿真，并可進(jìn)行局部區(qū)域放大，且仿真過程具有真實(shí)感。本發(fā)明是在數(shù)字化口腔智能輔助診療系統(tǒng)上安裝二維微掃裝置，增強(qiáng)口腔內(nèi)窺鏡 的自動掃描功能。該裝置不僅能實(shí)現(xiàn)口腔、牙齒圖像的自動掃描，同時利用多目視覺成像技 術(shù)為口腔、牙齒圖像的多目計(jì)算機(jī)視覺，為口腔、牙齒三維重建提供相關(guān)數(shù)據(jù)。建立具有口 腔、牙齒生物、物理特性的動態(tài)模型，對牙齒矯正、修補(bǔ)、牙齒制備、安裝假牙的過程仿真，并 可進(jìn)行局部區(qū)域放大且仿真過程具有真實(shí)感，為患者選擇最佳的治療方案具有非常重要的
眉、ο本發(fā)明包括有醫(yī)用(XD、光電轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、圖像掃描控制電路、照明系統(tǒng)、 嵌入式圖像處理系統(tǒng)和圖像顯示打印系統(tǒng)構(gòu)成的口腔內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，并進(jìn)一步包括有二維微 掃裝置和主控制器，其中的口腔內(nèi)窺鏡系統(tǒng)設(shè)有操作手柄，由主控制器實(shí)現(xiàn)其二維微掃裝 置和口腔內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的電氣控制，并由主控制器和操作手柄的控制，二維微掃裝置帶動口 腔內(nèi)窺鏡系統(tǒng)進(jìn)行X軸和Y軸方向的平動。二維微掃裝置的機(jī)械部分由步進(jìn)電動機(jī)、聯(lián)軸器、齒輪變速箱、直線軸承、彈性聯(lián) 軸器、滾珠絲桿螺母副、限位開關(guān)、零位光電開關(guān)和工作臺組成；而二維微掃裝置的控制部 分由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器構(gòu)成，并接受主控制器的控制，主控制器發(fā)出脈沖指令，并將脈沖輸入 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，其中的進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的驅(qū)動環(huán)形分配器使步進(jìn)電動機(jī)的繞組按預(yù)定的順序通電，亦即其在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的控制下，實(shí)現(xiàn)由受時間和位移控制的步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn) 動，并通過聯(lián)軸器與齒輪變速箱的連接，直線軸承、彈性聯(lián)軸器與滾珠絲桿螺母副的精密連 接，將步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)動變換為滾珠絲桿螺母副的直線運(yùn)動。其中珠絲桿螺母副是將步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成口腔內(nèi)窺鏡系統(tǒng)直線運(yùn)動的裝 置；其聯(lián)軸器用于步進(jìn)電動機(jī)主軸和齒輪變速箱的連接；彈性聯(lián)軸器用于齒輪變速箱與滾 珠絲桿螺母副的連接；步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器與步進(jìn)電動機(jī)電性連接。主控制器發(fā)出脈沖指令，并 將脈沖輸入步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，其步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器中的驅(qū)動環(huán)形分配器使步進(jìn)電動機(jī)的繞組 按預(yù)定的順序通電，控制步進(jìn)電動機(jī)旋轉(zhuǎn)速度。若步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速較高，采用降低齒輪變 速箱轉(zhuǎn)速而實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電動所需要的X軸、Y軸的二維平動。由于口腔內(nèi)窺鏡系統(tǒng)每移動1. 5毫米，要停留0. 3秒，故選用能夠編程可實(shí)現(xiàn)時間 和位移控制的步進(jìn)電動機(jī)。精密的滾珠絲桿螺母副具有傳動系統(tǒng)剛度好、無爬行現(xiàn)象，傳動 效率高，摩擦損失小，并具有較高的傳動精度等特點(diǎn)。工作臺為口腔內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的承載裝置，用其將口腔內(nèi)窺鏡系統(tǒng)裝卡固定在工作臺 上；限位開關(guān)用于限定X軸、Y軸的極限位置，零位光電開關(guān)用于設(shè)定二維微掃裝置的初始 位置。亦即控制其放置在工作臺上的口腔內(nèi)窺鏡系統(tǒng)準(zhǔn)確位置；二維微掃裝置的電氣控制 由主控制器實(shí)現(xiàn)?？谇粌?nèi)窺鏡系統(tǒng)包括有醫(yī)用(XD、光電轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、圖像掃描控制電路、 操作手柄、照明系統(tǒng)、嵌入式圖像處理系統(tǒng)、圖像顯示打印系統(tǒng)。其一近距離自適應(yīng)聚焦醫(yī) 用CCD (攝像鏡頭)，連接一操作手柄，操作手柄與光電轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和圖像掃描控 制電路相連接或置于其操作手柄內(nèi)；近距離自適應(yīng)聚焦醫(yī)用CCD還連接有一照明光源系 統(tǒng)，以為其提供工作時的照射光源。在操作手柄的操縱下完成在口腔內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的圖像采 集、診斷和治療的作業(yè)。其中主控制器選用PIC單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對二維微掃裝置和口腔內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的控制。其 主控制器的Pic單片機(jī)同時用于控制外圍設(shè)備的集成電路。本發(fā)明的有益效果是在對患者口腔、牙齒圖像實(shí)現(xiàn)自動掃描的同時，有效的形成 多目視覺成像，為患者口腔、牙齒的三維重建、獲取最佳治療方案提供數(shù)據(jù)，且該系統(tǒng)具有 較強(qiáng)的魯棒性。


圖1為發(fā)明組成系統(tǒng)示意圖。圖2為本發(fā)明口腔內(nèi)窺鏡系統(tǒng)組成框圖。圖3為本發(fā)明系統(tǒng)控制和操作程序示意框圖附圖中序號含義1. 二維微掃裝置11.步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器12.步進(jìn)電動機(jī)13.聯(lián)軸器14.齒 輪變速箱15.直線軸承16.彈性聯(lián)軸器17.滾珠絲桿螺母副18.限位開關(guān)、19.零位 光電開關(guān)20.工作臺；2. 口腔內(nèi)窺鏡系統(tǒng)21.醫(yī)用CXD 22.光學(xué)系統(tǒng) 23.圖像掃描控制電路 24.操作手柄25.照明系統(tǒng)26.嵌入式圖像處理系統(tǒng)27.圖像顯示打印系統(tǒng)；3.主控制器。
具體實(shí)施例方式如附圖1至附圖2所示，本發(fā)明主要由二維微掃裝置(1)、口腔內(nèi)窺鏡系統(tǒng)(2)和 主控制器(3)組成，其二維微掃裝置(1)連接一口腔內(nèi)窺鏡系統(tǒng)(2)，并由主控制器(3)實(shí) 現(xiàn)對二維微掃裝置(1)和口腔內(nèi)窺鏡系統(tǒng)(2)的控制，控制二維微掃裝置(1)帶動口腔內(nèi) 窺鏡系統(tǒng)(2)沿X軸、Y軸的二維平動。二維微掃裝置⑴的機(jī)械部分由步進(jìn)電動機(jī)(12)、聯(lián)軸器(13)、齒輪變速箱(14)、 直線軸承(15)、彈性聯(lián)軸器(16)、滾珠絲桿螺母副(17)、限位開關(guān)(18)、零位光電開關(guān)(19) 和工作臺(20)組成；而二維微掃裝置(1)的控制部分由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器(11)構(gòu)成，其中的 驅(qū)動環(huán)形分配器使步進(jìn)電動機(jī)(12)的繞組按預(yù)定的順序通電，亦即其在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器 (11)的控制下，實(shí)現(xiàn)由時間和位移控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)步進(jìn)電動機(jī)(11)的轉(zhuǎn)動，并通過聯(lián)軸器 (13)與齒輪變速箱(14)的連接，直線軸承(15)、彈性聯(lián)軸器(16)與滾珠絲桿螺母副(17) 的精密連接，將步進(jìn)電動機(jī)(12)的轉(zhuǎn)動變換為滾珠絲桿螺母副(17)的直線運(yùn)動。工作臺(20)為口腔內(nèi)窺鏡系統(tǒng)(2)的承載裝置，用其將口腔內(nèi)窺鏡系統(tǒng)(2)裝卡 固定在工作臺(20)上；限位開關(guān)(18)用于限定X軸、Y軸的極限位置，零位光電開關(guān)(19) 用于設(shè)定二維微掃裝置的初始位置。亦即控制其放置在工作臺(20)上的口腔內(nèi)窺鏡系統(tǒng) (2)準(zhǔn)確位置；二維微掃裝置(1)的主控制由主控制器(3)實(shí)現(xiàn)?？谇粌?nèi)窺鏡系統(tǒng)(2)包括有醫(yī)用(XD(21)、光電轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(22)、圖像掃 描控制電路(23)、操作手柄(24)、照明系統(tǒng)(25)、嵌入式圖像處理系統(tǒng)(26)、圖像顯示打印 系統(tǒng)(27)。其一近距離自適應(yīng)聚焦醫(yī)用CXD (攝像鏡頭)(21)，連接-操作手柄(24)，操作 手柄(24)與光電轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(22)和圖像掃描控制電路(23)相連接或置于其操 作手柄(24)內(nèi)；近距離自適應(yīng)聚焦醫(yī)用CCD(21)還連接有一照明光源系統(tǒng)(25)，以為其提 供工作時的照射光源。在操作手柄(24)的操縱下完成在口腔內(nèi)窺鏡系統(tǒng)(2)的圖像收集、 診斷和治療的作業(yè)。其中主控制器(3)選用PIC單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對二維微掃裝置(1)和口腔內(nèi)窺鏡系統(tǒng) ⑵的控制。其主控制器⑶的PIC單片機(jī)同時用于控制外圍設(shè)備的集成電路。如附圖1所示。滾珠絲桿螺母副(17)是將步進(jìn)電動機(jī)(12)的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成口腔內(nèi) 窺鏡系統(tǒng)(2)直線運(yùn)動的裝置；其聯(lián)軸器(13)用于步進(jìn)電動機(jī)(12)主軸和齒輪變速箱的 連接；彈性聯(lián)軸器(16)用于齒輪變速箱(14)與滾珠絲桿螺母副(17)的連接；步進(jìn)電機(jī)驅(qū) 動器(11)與步進(jìn)電動機(jī)(12)電性連接，主控制器(3)發(fā)出脈沖指令，并將脈沖輸入步進(jìn)電 機(jī)驅(qū)動器(11)，其步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器(11)中的驅(qū)動環(huán)形分配器使步進(jìn)電動機(jī)(12)的繞組按 預(yù)定的順序通電，控制步進(jìn)電動機(jī)(12)旋轉(zhuǎn)速度。若步進(jìn)電動機(jī)(12)的轉(zhuǎn)速較高，采用降 低齒輪變速箱(14)轉(zhuǎn)速而實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電動(12)所需要的X軸、Y軸的二維平動。由于口腔內(nèi)窺鏡系統(tǒng)(2)每移動1.5毫米，要停留0.3秒，故選用能夠編程可實(shí)現(xiàn) 時間和位移控制的步進(jìn)電動機(jī)(12)。精密的滾珠絲桿螺母副(17)具有傳動系統(tǒng)剛度好、無 爬行現(xiàn)象，傳動效率高，摩擦損失小，并具有較高的傳動精度等特點(diǎn)。如附圖3所示，本發(fā)明由主控制器(3)為本裝置的總控制部分，由其控制二維微 掃裝置(1)系統(tǒng)的運(yùn)動，口腔內(nèi)窺鏡系統(tǒng)(2)固定在工作臺(3)上，由主控制器控制工作 臺(20)的平動，并通過操作手柄(24)實(shí)現(xiàn)在人體口腔內(nèi)的圖像收集、診斷和治療的作業(yè)過
5程。
權(quán)利要求
一種數(shù)字化口腔智能輔助診療系統(tǒng)二維微掃裝置，包括有醫(yī)用CCD(21)、光電轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(22)、圖像掃描控制電路(23)、照明系統(tǒng)(25)、嵌入式圖像處理系統(tǒng)(26)和圖像顯示打印系統(tǒng)(27)構(gòu)成的口腔內(nèi)窺鏡系統(tǒng)(2)，其特征在于進(jìn)一步包括有二維微掃裝置(1)和主控制器(3)，其中的口腔內(nèi)窺鏡系統(tǒng)(2)設(shè)有操作手柄(24)，由主控制器(3)實(shí)現(xiàn)其二維微掃裝置(1)和口腔內(nèi)窺鏡系統(tǒng)(2)的電氣控制，并由主控制器(3)和操作手柄(24)的控制，二維微掃裝置(1)帶動口腔內(nèi)窺鏡系統(tǒng)(2)進(jìn)行X軸和Y軸方向的平動。
2.依據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字化口腔智能輔助診療系統(tǒng)二維微掃裝置，其特征在于 二維微掃裝置(1)的機(jī)械部分由步進(jìn)電動機(jī)(12)、聯(lián)軸器(13)、齒輪變速箱(14)、直線軸 承(15)、彈性聯(lián)軸器(16)、滾珠絲桿螺母副(17)、限位開關(guān)(18)、零位光電開關(guān)(19)和工 作臺(20)組成；而二維微掃裝置(1)的控制部分由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器(11)構(gòu)成，并接受主控 制器⑶的電氣控制，主控制器⑶發(fā)出脈沖指令，并將脈沖輸入步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，其中步 進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器(11)的驅(qū)動環(huán)形分配器使步進(jìn)電動機(jī)(12)的繞組按預(yù)定的順序通電，實(shí)現(xiàn) 由受時間和位移控制的步進(jìn)電動機(jī)(11)的轉(zhuǎn)動，并聯(lián)軸器(13)與齒輪變速箱(14)連接， 直線軸承(15)、彈性聯(lián)軸器(16)與滾珠絲桿螺母副(17)精密連接，將步進(jìn)電動機(jī)(12)的 轉(zhuǎn)動變換為滾珠絲桿螺母副(17)的直線運(yùn)動。
3.依據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字化口腔智能輔助診療系統(tǒng)二維微掃裝置，其特征在于 工作臺(20)為口腔內(nèi)窺鏡系統(tǒng)(2)的承載裝置，其口腔內(nèi)窺鏡系統(tǒng)(2)裝卡固定在工作臺 (20)上；并設(shè)有用于限定X軸、Y軸極限位置的限位開關(guān)(18)，用于設(shè)定二維微掃裝置初始 位置的零位光電開關(guān)(19)。
4.依據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字化口腔智能輔助診療系統(tǒng)二維微掃裝置，其特征在于 口腔內(nèi)窺鏡系統(tǒng)(2)中的近距離自適應(yīng)聚焦醫(yī)用CXD(21)，連接一操作手柄(24)，其操作手 柄(24)與光電轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(22)和圖像掃描控制電路(23)電性連接或置于其操 作手柄(24)內(nèi)，在操作手柄(24)的控制下完成在口腔內(nèi)窺鏡系統(tǒng)(2)的圖像采集、診斷和 治療的作業(yè)。
全文摘要
一種數(shù)字化口腔智能輔助診療系統(tǒng)二維微掃裝置，屬于機(jī)電類，其由二維微掃裝置、口腔內(nèi)窺鏡系統(tǒng)和主控制器組成，由主控制器(3)控制其二維微掃裝置(1)帶動口腔內(nèi)窺鏡系統(tǒng)(2)實(shí)現(xiàn)X軸和Y軸方向的平動，二維微掃裝置的機(jī)械部分由步進(jìn)電動機(jī)、聯(lián)軸器、齒輪變速箱、直線軸承、彈性聯(lián)軸器、滾珠絲桿螺母副、限位開關(guān)、零位光電開關(guān)和工作臺組成；而二維微掃裝置的控制部分由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器構(gòu)成，并接受主控制器的控制。本發(fā)明的特點(diǎn)在于，在對患者口腔、牙齒圖像實(shí)現(xiàn)自動掃描的同時，有效的形成多目視覺成像，為患者口腔、牙齒的三維重建、獲取最佳治療方案提供數(shù)據(jù)，且該系統(tǒng)具有較強(qiáng)的穩(wěn)定魯棒性。
文檔編號A61C19/04GK101982160SQ20101052436
公開日2011年3月2日 申請日期2010年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者孫久強(qiáng), 楊麗梅, 王昕 申請人:長春工業(yè)大學(xué)