專利名稱：數字化口腔智能輔助診療系統二維微掃裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及機電類，有關一種數字化口腔智能輔助診療系統二維微掃裝置， 尤指主要應用于口腔醫學的口腔、牙齒可見光圖像的數字化口腔智能輔助診療系統二維微 掃裝置。
背景技術：
在口腔醫學中，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。自動數字化口腔智能輔助診療系統，從牙齒圖 像和治療模擬樣本中獲取診斷參數，在治療應用之前模擬其作用結果，是一項前沿、適用性 強、應用廣泛、引人關注的技術，特別是隨著整形美容業的發展，牙齒的“美容”受到前所未 有的關注，數字化口腔智能輔助診療系統在醫治牙病和牙齒“美容”方面，為越來越多的臨 床所應用。但是現有的數字化口腔智能輔助診療系統不具有二維微掃裝置，無法進行自動 掃描圖像。該輔助診療系統的上述缺陷阻礙了其在醫療實踐中作用更好的發揮，影響了更 有效的治療效果。
發明內容本實用新型的目的在于提供一種數字化口腔智能輔助診療系統二維微掃裝置，解 決現有數字化口腔智能輔助診療系統不具有二維微掃裝置，無法進行自動掃描圖像的問 題。本實用新型基于逆向工程的口腔、牙齒三維重建需求，利用多目計算機視覺技術重建口 腔、牙齒的三維結構，對建立具有口腔、牙齒生物、物理特性的動態模型，對牙齒矯正、修補、 牙齒制備、安裝假牙的過程仿真，并可進行局部區域放大，且仿真過程具有真實感。本實用新型是在數字化口腔智能輔助診療系統上安裝二維微掃裝置，增強口腔內 窺鏡的自動掃描功能。該裝置不僅能實現口腔、牙齒圖像的自動掃描，同時利用多目視覺成 像技術為口腔、牙齒圖像的多目計算機視覺，為口腔、牙齒三維重建提供相關數據。建立具 有口腔、牙齒生物、物理特性的動態模型，對牙齒矯正、修補、牙齒制備、安裝假牙的過程仿 真，并可進行局部區域放大且仿真過程具有真實感，為患者選擇最佳的治療方案具有非常 重要的意義。本實用新型包括有醫用(XD、光電轉換及數據處理系統、圖像掃描控制電路、照明 系統、嵌入式圖像處理系統和圖像顯示打印系統構成的口腔內窺鏡系統，并進一步包括有 二維微掃裝置和主控制器，其中的口腔內窺鏡系統設有操作手柄，由主控制器實現其二維 微掃裝置和口腔內窺鏡系統的電氣控制，并由主控制器和操作手柄的控制，二維微掃裝置 帶動口腔內窺鏡系統進行X軸和Y軸方向的平動。二維微掃裝置的機械部分由步進電動機、聯軸器、齒輪變速箱、直線軸承、彈性聯 軸器、滾珠絲桿螺母副、限位開關、零位光電開關和工作臺組成；而二維微掃裝置的控制部 分由步進電機驅動器構成，并接受主控制器的控制，主控制器發出脈沖指令，并將脈沖輸入 步進電機驅動器，其中的進電機驅動器的驅動環形分配器使步進電動機的繞組按預定的順序通電，亦即其在步進電機驅動器的控制下，實現由受時間和位移控制的步進電動機的轉 動，并通過聯軸器與齒輪變速箱的連接，直線軸承、彈性聯軸器與滾珠絲桿螺母副的精密連 接，將步進電動機的轉動變換為滾珠絲桿螺母副的直線運動。其中珠絲桿螺母副是將步進電動機的轉動轉換成口腔內窺鏡系統直線運動的裝 置；其聯軸器用于步進電動機主軸和齒輪變速箱的連接；彈性聯軸器用于齒輪變速箱與滾 珠絲桿螺母副的連接；步進電機驅動器與步進電動機電性連接。主控制器發出脈沖指令，并 將脈沖輸入步進電機驅動器，其步進電機驅動器中的驅動環形分配器使步進電動機的繞組 按預定的順序通電，控制步進電動機旋轉速度。若步進電動機的轉速較高，采用降低齒輪變 速箱轉速而實現步進電動所需要的X軸、Y軸的二維平動。由于口腔內窺鏡系統每移動1. 5毫米，要停留0. 3秒，故選用能夠編程可實現時間 和位移控制的步進電動機。精密的滾珠絲桿螺母副具有傳動系統剛度好、無爬行現象，傳動 效率高，摩擦損失小，并具有較高的傳動精度等特點。工作臺為口腔內窺鏡系統的承載裝置，用其將口腔內窺鏡系統裝卡固定在工作臺 上；限位開關用于限定X軸、Y軸的極限位置，零位光電開關用于設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窺鏡系統準確位置；二維微掃裝置的電氣控制 由主控制器實現。口腔內窺鏡系統包括有醫用(XD、光電轉換及數據處理系統、圖像掃描控制電路、 操作手柄、照明系統、嵌入式圖像處理系統、圖像顯示打印系統。其一近距離自適應聚焦醫 用CCD (攝像鏡頭)，連接一操作手柄，操作手柄與光電轉換及數據處理系統和圖像掃描控 制電路相連接或置于其操作手柄內；近距離自適應聚焦醫用CCD還連接有一照明光源系 統，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窺鏡系統的圖像采 集、診斷和治療的作業。其中主控制器選用PIC單片機實現對二維微掃裝置和口腔內窺鏡系統的控制。其 主控制器的Pic單片機同時用于控制外圍設備的集成電路。本實用新型的有益效果是在對患者口腔、牙齒圖像實現自動掃描的同時，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據，且該系統 具有較強的魯棒性。
圖1為發明組成系統示意圖。圖2為本實用新型口腔內窺鏡系統組成框圖。圖3為本實用新型工作程序示意框圖。附圖中序號含義1. 二維微掃裝置11.步進電動機驅動器12.步進電動機13.聯軸器14.齒輪變 速箱15.直線軸承16.彈性聯軸器17.滾珠絲桿螺母副18.限位開關、19.零位光電開關 20.工作臺；2. 口腔內窺鏡系統21.醫用CXD 22.光學系統23.圖像掃描控制電路24.操作 手柄25.照明系統26.嵌入式圖像處理系統27.圖像顯示打印系統；3.主控制器。
具體實施方式
如附圖1至附圖2所示，本實用新型主要由二維微掃裝置(1)、口腔內窺鏡系統
(2)和主控制器C3)組成，其二維微掃裝置(1)連接一口腔內窺鏡系統0)，并由主控制器
(3)實現對二維微掃裝置(1)和口腔內窺鏡系統(2)的控制，控制二維微掃裝置(1)帶動口 腔內窺鏡系統⑵沿X軸、Y軸的二維平動。二維微掃裝置⑴的機械部分由步進電動機(12)、聯軸器(13)、齒輪變速箱(14)、 直線軸承(15)、彈性聯軸器(16)、滾珠絲桿螺母副(17)、限位開關(18)、零位光電開關(19) 和工作臺OO)組成；而二維微掃裝置(1)的控制部分由步進電機驅動器(11)構成，其中的 驅動環形分配器使步進電動機(1 的繞組按預定的順序通電，亦即其在步進電機驅動器 (11)的控制下，實現由時間和位移控制的執行機構步進電動機(11)的轉動，并通過聯軸器 (13)與齒輪變速箱(14)的連接，直線軸承(15)、彈性聯軸器(16)與滾珠絲桿螺母副(17) 的精密連接，將步進電動機(1 的轉動變換為滾珠絲桿螺母副(17)的直線運動。工作臺OO)為口腔內窺鏡系統(2)的承載裝置，用其將口腔內窺鏡系統⑵裝卡 固定在工作臺OO)上；限位開關(18)用于限定X軸、Y軸的極限位置，零位光電開關(19) 用于設定二維微掃裝置的初始位置。亦即控制其放置在工作臺OO)上的口腔內窺鏡系統 (2)準確位置；二維微掃裝置(1)的主控制由主控制器(3)實現。口腔內窺鏡系統(2)包括有醫用(XDQl)、光電轉換及數據處理系統02)、圖像掃 描控制電路03)、操作手柄04)、照明系統05)、嵌入式圖像處理系統( )、圖像顯示打印 系統(XT)。其一近距離自適應聚焦醫用CXD(攝像鏡頭)(21)，連接一操作手柄(M)，操作 手柄04)與光電轉換及數據處理系統02)和圖像掃描控制電路03)相連接或置于其操 作手柄04)內；近距離自適應聚焦醫用CCW21)還連接有一照明光源系統(25)，以為其提 供工作時的照射光源。在操作手柄04)的操縱下完成在口腔內窺鏡系統(2)的圖像收集、 診斷和治療的作業。其中主控制器(3)選用PIC單片機實現對二維微掃裝置(1)和口腔內窺鏡系統 ⑵的控制。其主控制器⑶的PIC單片機同時用于控制外圍設備的集成電路。如附圖1所示。滾珠絲桿螺母副(17)是將步進電動機(12)的轉動轉換成口腔內 窺鏡系統( 直線運動的裝置；其聯軸器(1 用于步進電動機(1 主軸和齒輪變速箱的 連接；彈性聯軸器(16)用于齒輪變速箱(14)與滾珠絲桿螺母副(17)的連接；步進電機驅 動器(11)與步進電動機(1 電性連接，主控制器C3)發出脈沖指令，并將脈沖輸入步進電 機驅動器(11)，其步進電機驅動器(11)中的驅動環形分配器使步進電動機(1 的繞組按 預定的順序通電，控制步進電動機(1 旋轉速度。若步進電動機(1 的轉速較高，采用降 低齒輪變速箱(14)轉速而實現步進電動(12)所需要的X軸、Y軸的二維平動。由于口腔內窺鏡系統(2)每移動1.5毫米，要停留0.3秒，故選用能夠編程可實現 時間和位移控制的步進電動機(1 。精密的滾珠絲桿螺母副(17)具有傳動系統剛度好、無 爬行現象，傳動效率高，摩擦損失小，并具有較高的傳動精度等特點。如附圖3所示，本實用新型由主控制器C3)為本裝置的總控制部分，由其控制二維 微掃裝置(1)系統的運動，口腔內窺鏡系統(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)實現在人體口腔內的圖像收集、診斷和治療的作業過程。
權利要求1.一種數字化口腔智能輔助診療系統二維微掃裝置，包括有醫用(XW21)、光電轉換 及數據處理系統(22)、圖像掃描控制電路(23)、照明系統(25)、嵌入式圖像處理系統06) 和圖像顯示打印系統(XT)構成的口腔內窺鏡系統O)，其特征在于進一步包括有二維微 掃裝置(1)和主控制器(3)，其中的口腔內窺鏡系統(2)設有操作手柄04)，由主控制器 (3)實現其二維微掃裝置(1)和口腔內窺鏡系統的電氣控制，并由主控制器(3)和操 作手柄04)的控制，二維微掃裝置(1)帶動口腔內窺鏡系統(2)進行X軸和Y軸方向的平 動。
2.依據權利要求1所述的數字化口腔智能輔助診療系統二維微掃裝置，其特征在于 二維微掃裝置(1)的機械部分由步進電動機(1 、聯軸器(1 、齒輪變速箱(14)、直線軸承 (15)、彈性聯軸器(16)、滾珠絲桿螺母副(17)、限位開關(18)、零位光電開關(19)和工作臺 (20)組成；而二維微掃裝置(1)的控制部分由步進電機驅動器(11)構成，并接受主控制器 (3)的電氣控制，并聯軸器(13)與齒輪變速箱(14)連接，直線軸承(15)、彈性聯軸器(16) 與滾珠絲桿螺母副(17)精密連接，將步進電動機(1 的轉動變換為滾珠絲桿螺母副(17) 的直線運動。
3.依據權利要求1所述的數字化口腔智能輔助診療系統二維微掃裝置，其特征在于 工作臺00)為口腔內窺鏡系統(2)的承載裝置，其口腔內窺鏡系統(2)裝卡固定在工作臺 (20)上；并設有用于限定X軸、Y軸極限位置的限位開關(18)，用于設定二維微掃裝置初始 位置的零位光電開關(19)。
4.依據權利要求1所述的數字化口腔智能輔助診療系統二維微掃裝置，其特征在于 口腔內窺鏡系統(2)中的近距離自適應聚焦醫用(XW21)，連接一操作手柄(M)，其操作手 柄04)與光電轉換及數據處理系統02)和圖像掃描控制電路03)電性連接或置于其操 作手柄(24)內。
專利摘要一種數字化口腔智能輔助診療系統二維微掃裝置，屬于機電類，其由二維微掃裝置、口腔內窺鏡系統和主控制器組成，由主控制器(3)控制其二維微掃裝置(1)帶動口腔內窺鏡系統(2)實現X軸和Y軸方向的平動，二維微掃裝置的機械部分由步進電動機、聯軸器、齒輪變速箱、直線軸承、彈性聯軸器、滾珠絲桿螺母副、限位開關、零位光電開關和工作臺組成；而二維微掃裝置的控制部分由步進電機驅動器構成，并接受主控制器的控制。本實用新型的特點在于，在對患者口腔、牙齒圖像實現自動掃描的同時，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據，且該系統具有較強的穩定魯棒性。
文檔編號A61C19/06GK201899576SQ20102058263
公開日2011年7月20日 申請日期2010年10月29日 優先權日2010年10月29日
發明者孫久強, 楊麗梅, 王昕 申請人:長春工業大學