数字化口腔智能辅助诊疗系统二维微扫装置.pdf

1、10申请公布号CN101982160A43申请公布日20110302CN101982160ACN101982160A21申请号201010524363722申请日20101029A61C19/04200601A61C19/0620060171申请人长春工业大学地址130012吉林省长春市延安大街2055号72发明人杨丽梅王昕孙久强74专利代理机构长春市吉利专利事务所22206代理人张绍严54发明名称数字化口腔智能辅助诊疗系统二维微扫装置57摘要一种数字化口腔智能辅助诊疗系统二维微扫装置，属于机电类，其由二维微扫装置、口腔内窥镜系统和主控制器组成，由主控制器3控制其二维微扫装置1带动口腔内窥镜系

2、统2实现X轴和Y轴方向的平动，二维微扫装置的机械部分由步进电动机、联轴器、齿轮变速箱、直线轴承、弹性联轴器、滚珠丝杆螺母副、限位开关、零位光电开关和工作台组成；而二维微扫装置的控制部分由步进电机驱动器构成，并接受主控制器的控制。本发明的特点在于，在对患者口腔、牙齿图像实现自动扫描的同时，有效的形成多目视觉成像，为患者口腔、牙齿的三维重建、获取最佳治疗方案提供数据，且该系统具有较强的稳定鲁棒性。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书4页附图2页CN101982162A1/1页21一种数字化口腔智能辅助诊疗系统二维微扫装置，包括有医用CCD21、光电转换

3、及数据处理系统22、图像扫描控制电路23、照明系统25、嵌入式图像处理系统26和图像显示打印系统27构成的口腔内窥镜系统2，其特征在于进一步包括有二维微扫装置1和主控制器3，其中的口腔内窥镜系统2设有操作手柄24，由主控制器3实现其二维微扫装置1和口腔内窥镜系统2的电气控制，并由主控制器3和操作手柄24的控制，二维微扫装置1带动口腔内窥镜系统2进行X轴和Y轴方向的平动。2依据权利要求1所述的数字化口腔智能辅助诊疗系统二维微扫装置，其特征在于二维微扫装置1的机械部分由步进电动机12、联轴器13、齿轮变速箱14、直线轴承15、弹性联轴器16、滚珠丝杆螺母副17、限位开关18、零位光电开关19和工作

4、台20组成；而二维微扫装置1的控制部分由步进电机驱动器11构成，并接受主控制器3的电气控制，主控制器3发出脉冲指令，并将脉冲输入步进电机驱动器，其中步进电机驱动器11的驱动环形分配器使步进电动机12的绕组按预定的顺序通电，实现由受时间和位移控制的步进电动机11的转动，并联轴器13与齿轮变速箱14连接，直线轴承15、弹性联轴器16与滚珠丝杆螺母副17精密连接，将步进电动机12的转动变换为滚珠丝杆螺母副17的直线运动。3依据权利要求1所述的数字化口腔智能辅助诊疗系统二维微扫装置，其特征在于工作台20为口腔内窥镜系统2的承载装置，其口腔内窥镜系统2装卡固定在工作台20上；并设有用于限定X轴、Y轴极限

5、位置的限位开关18，用于设定二维微扫装置初始位置的零位光电开关19。4依据权利要求1所述的数字化口腔智能辅助诊疗系统二维微扫装置，其特征在于口腔内窥镜系统2中的近距离自适应聚焦医用CCD21，连接一操作手柄24，其操作手柄24与光电转换及数据处理系统22和图像扫描控制电路23电性连接或置于其操作手柄24内，在操作手柄24的控制下完成在口腔内窥镜系统2的图像采集、诊断和治疗的作业。权利要求书CN101982160ACN101982162A1/4页3数字化口腔智能辅助诊疗系统二维微扫装置技术领域0001本发明涉及机电类，有关一种数字化口腔智能辅助诊疗系统二维微扫装置，尤指主要应用于口腔医学的口腔、

6、牙齿可见光图像的数字化口腔智能辅助诊疗系统二维微扫装置。背景技术0002在口腔医学中，常见的牙齿问题包括牙齿拥挤、疏松、哨牙、倒及牙、暴牙等，同时不整洁的牙齿容易造成蛀牙、牙周病等牙患。自动数字化口腔智能辅助诊疗系统，从牙齿图像和治疗模拟样本中获取诊断参数，在治疗应用之前模拟其作用结果，是一项前沿、适用性强、应用广泛、引人关注的技术，特别是随着整形美容业的发展，牙齿的“美容”受到前所未有的关注，数字化口腔智能辅助诊疗系统在医治牙病和牙齿“美容”方面，为越来越多的临床所应用。但是现有的数字化口腔智能辅助诊疗系统不具有二维微扫装置，无法进行自动扫描图像。该辅助诊疗系统的上述缺陷阻碍了其在医疗实践中

7、作用更好的发挥，影响了更有效的治疗效果。发明内容0003本发明的目的在于提供一种数字化口腔智能辅助诊疗系统二维微扫装置，解决现有数字化口腔智能辅助诊疗系统不具有二维微扫装置，无法进行自动扫描图像的问题。本发明基于逆向工程的口腔、牙齿三维重建需求，利用多目计算机视觉技术重建口腔、牙齿的三维结构，对建立具有口腔、牙齿生物、物理特性的动态模型，对牙齿矫正、修补、牙齿制备、安装假牙的过程仿真，并可进行局部区域放大，且仿真过程具有真实感。0004本发明是在数字化口腔智能辅助诊疗系统上安装二维微扫装置，增强口腔内窥镜的自动扫描功能。该装置不仅能实现口腔、牙齿图像的自动扫描，同时利用多目视觉成像技术为口腔、

8、牙齿图像的多目计算机视觉，为口腔、牙齿三维重建提供相关数据。建立具有口腔、牙齿生物、物理特性的动态模型，对牙齿矫正、修补、牙齿制备、安装假牙的过程仿真，并可进行局部区域放大且仿真过程具有真实感，为患者选择最佳的治疗方案具有非常重要的意义。0005本发明包括有医用CCD、光电转换及数据处理系统、图像扫描控制电路、照明系统、嵌入式图像处理系统和图像显示打印系统构成的口腔内窥镜系统，并进一步包括有二维微扫装置和主控制器，其中的口腔内窥镜系统设有操作手柄，由主控制器实现其二维微扫装置和口腔内窥镜系统的电气控制，并由主控制器和操作手柄的控制，二维微扫装置带动口腔内窥镜系统进行X轴和Y轴方向的平动。000

9、6二维微扫装置的机械部分由步进电动机、联轴器、齿轮变速箱、直线轴承、弹性联轴器、滚珠丝杆螺母副、限位开关、零位光电开关和工作台组成；而二维微扫装置的控制部分由步进电机驱动器构成，并接受主控制器的控制，主控制器发出脉冲指令，并将脉冲输入步进电机驱动器，其中的进电机驱动器的驱动环形分配器使步进电动机的绕组按预定的顺说明书CN101982160ACN101982162A2/4页4序通电，亦即其在步进电机驱动器的控制下，实现由受时间和位移控制的步进电动机的转动，并通过联轴器与齿轮变速箱的连接，直线轴承、弹性联轴器与滚珠丝杆螺母副的精密连接，将步进电动机的转动变换为滚珠丝杆螺母副的直线运动。0007其中

10、珠丝杆螺母副是将步进电动机的转动转换成口腔内窥镜系统直线运动的装置；其联轴器用于步进电动机主轴和齿轮变速箱的连接；弹性联轴器用于齿轮变速箱与滚珠丝杆螺母副的连接；步进电机驱动器与步进电动机电性连接。主控制器发出脉冲指令，并将脉冲输入步进电机驱动器，其步进电机驱动器中的驱动环形分配器使步进电动机的绕组按预定的顺序通电，控制步进电动机旋转速度。若步进电动机的转速较高，采用降低齿轮变速箱转速而实现步进电动所需要的X轴、Y轴的二维平动。0008由于口腔内窥镜系统每移动15毫米，要停留03秒，故选用能够编程可实现时间和位移控制的步进电动机。精密的滚珠丝杆螺母副具有传动系统刚度好、无爬行现象，传动效率高，

11、摩擦损失小，并具有较高的传动精度等特点。0009工作台为口腔内窥镜系统的承载装置，用其将口腔内窥镜系统装卡固定在工作台上；限位开关用于限定X轴、Y轴的极限位置，零位光电开关用于设定二维微扫装置的初始位置。亦即控制其放置在工作台上的口腔内窥镜系统准确位置；二维微扫装置的电气控制由主控制器实现。0010口腔内窥镜系统包括有医用CCD、光电转换及数据处理系统、图像扫描控制电路、操作手柄、照明系统、嵌入式图像处理系统、图像显示打印系统。其一近距离自适应聚焦医用CCD摄像镜头，连接一操作手柄，操作手柄与光电转换及数据处理系统和图像扫描控制电路相连接或置于其操作手柄内；近距离自适应聚焦医用CCD还连接有一

12、照明光源系统，以为其提供工作时的照射光源。在操作手柄的操纵下完成在口腔内窥镜系统的图像采集、诊断和治疗的作业。0011其中主控制器选用PIC单片机实现对二维微扫装置和口腔内窥镜系统的控制。其主控制器的PIC单片机同时用于控制外围设备的集成电路。0012本发明的有益效果是在对患者口腔、牙齿图像实现自动扫描的同时，有效的形成多目视觉成像，为患者口腔、牙齿的三维重建、获取最佳治疗方案提供数据，且该系统具有较强的鲁棒性。附图说明0013图1为发明组成系统示意图。0014图2为本发明口腔内窥镜系统组成框图。0015图3为本发明系统控制和操作程序示意框图0016附图中序号含义00171二维微扫装置11步进

13、电动机驱动器12步进电动机13联轴器14齿轮变速箱15直线轴承16弹性联轴器17滚珠丝杆螺母副18限位开关、19零位光电开关20工作台；00182口腔内窥镜系统21医用CCD22光学系统23图像扫描控制电路24操作手柄25照明系统26嵌入式图像处理系统27图像显示打印系统；00193主控制器。说明书CN101982160ACN101982162A3/4页5具体实施方式0020如附图1至附图2所示，本发明主要由二维微扫装置1、口腔内窥镜系统2和主控制器3组成，其二维微扫装置1连接一口腔内窥镜系统2，并由主控制器3实现对二维微扫装置1和口腔内窥镜系统2的控制，控制二维微扫装置1带动口腔内窥镜系统2

14、沿X轴、Y轴的二维平动。0021二维微扫装置1的机械部分由步进电动机12、联轴器13、齿轮变速箱14、直线轴承15、弹性联轴器16、滚珠丝杆螺母副17、限位开关18、零位光电开关19和工作台20组成；而二维微扫装置1的控制部分由步进电机驱动器11构成，其中的驱动环形分配器使步进电动机12的绕组按预定的顺序通电，亦即其在步进电机驱动器11的控制下，实现由时间和位移控制的执行机构步进电动机11的转动，并通过联轴器13与齿轮变速箱14的连接，直线轴承15、弹性联轴器16与滚珠丝杆螺母副17的精密连接，将步进电动机12的转动变换为滚珠丝杆螺母副17的直线运动。0022工作台20为口腔内窥镜系统2的承载

15、装置，用其将口腔内窥镜系统2装卡固定在工作台20上；限位开关18用于限定X轴、Y轴的极限位置，零位光电开关19用于设定二维微扫装置的初始位置。亦即控制其放置在工作台20上的口腔内窥镜系统2准确位置；二维微扫装置1的主控制由主控制器3实现。0023口腔内窥镜系统2包括有医用CCD21、光电转换及数据处理系统22、图像扫描控制电路23、操作手柄24、照明系统25、嵌入式图像处理系统26、图像显示打印系统27。其一近距离自适应聚焦医用CCD摄像镜头21，连接操作手柄24，操作手柄24与光电转换及数据处理系统22和图像扫描控制电路23相连接或置于其操作手柄24内；近距离自适应聚焦医用CCD21还连接有

16、一照明光源系统25，以为其提供工作时的照射光源。在操作手柄24的操纵下完成在口腔内窥镜系统2的图像收集、诊断和治疗的作业。0024其中主控制器3选用PIC单片机实现对二维微扫装置1和口腔内窥镜系统2的控制。其主控制器3的PIC单片机同时用于控制外围设备的集成电路。0025如附图1所示。滚珠丝杆螺母副17是将步进电动机12的转动转换成口腔内窥镜系统2直线运动的装置；其联轴器13用于步进电动机12主轴和齿轮变速箱的连接；弹性联轴器16用于齿轮变速箱14与滚珠丝杆螺母副17的连接；步进电机驱动器11与步进电动机12电性连接，主控制器3发出脉冲指令，并将脉冲输入步进电机驱动器11，其步进电机驱动器11

17、中的驱动环形分配器使步进电动机12的绕组按预定的顺序通电，控制步进电动机12旋转速度。若步进电动机12的转速较高，采用降低齿轮变速箱14转速而实现步进电动12所需要的X轴、Y轴的二维平动。0026由于口腔内窥镜系统2每移动15毫米，要停留03秒，故选用能够编程可实现时间和位移控制的步进电动机12。精密的滚珠丝杆螺母副17具有传动系统刚度好、无爬行现象，传动效率高，摩擦损失小，并具有较高的传动精度等特点。0027如附图3所示，本发明由主控制器3为本装置的总控制部分，由其控制二维微扫装置1系统的运动，口腔内窥镜系统2固定在工作台3上，由主控制器控制工作台20的平动，并通过操作手柄24实现在人体口腔内的图像收集、诊断和治疗的作业过说明书CN101982160ACN101982162A4/4页6程。说明书CN101982160ACN101982162A1/2页7图1说明书附图CN101982160ACN101982162A2/2页8图2图3说明书附图CN101982160A