一种采用激光清洁牙齿的系统及方法与流程

本发明属于牙齿清洁技术领域，更具体地，涉及一种采用激光清洁牙齿的系统及方法。

背景技术：

传统清洗牙齿的方法有手工器械洗牙、超声波洗牙以及喷砂洗牙。手动器械洗牙就是医务人员用洁牙工具将你牙齿中的软垢结石等一点点刮掉。超声波洗牙主要是通过超声波振动来清除顽固牙石。而喷砂洗牙是利用快速喷出的细盐微粒来清洗牙齿。手工器械洗牙操作时间长，患者创伤较大，医生操作技巧性强，总而言之，手工器械洗牙费时费力；超声波洗牙操作时间相比于手工洗牙较短，但并不是对所有人都适用，使用后牙齿表面会变得略显粗糙，虽然这种粗糙肉眼看不见，但频繁使用对牙齿还是会造成伤害，除此之外超声波洗牙对医生的操作技巧也要求比较高，而且洗牙过程中还有巨大的噪音。而喷砂洗牙只清除看得见的牙垢，而留下了致病作用最强的深层的牙垢，达不到洗牙的目的。

自20世纪60年代初期，世界上第一台红宝石激光器面世以来，激光技术在近40多年来取得了巨大成就，相继出现的激光器已达数百种。这些激光器的出现为生物和医学领域的应用提供了基础。激光以其特有的优越性解决了许多传统医学的难题。医用激光器作为手术治疗的器械，已充分显示了它的优越性。

目前，激光清洗技术已广泛应用于环境保护、生活医疗、工业清洗等领域，激光清洗具有无研磨、非接触、低热效应和适用于各种材质的物体等清洗特点，被认为是最可靠、最有效的解决办法。在清洗过程中尤其对表面粘有亚微米级的污染颗粒时，这些颗粒往往粘得很紧，常规的清洗办法不能够将它去除。

技术实现要素：

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种采用激光清洁牙齿的系统，旨在解决现有技术在清洗牙齿的过程中对表面粘有亚微米级的污染颗粒时无法清除的技术问题。

本发明提供了一种采用激光清洁牙齿的系统，包括：激光器、牙齿清洗头、计算机控制模块和光谱分析仪；所述激光器的控制端连接至所述计算机控制模块的第一控制输出端，所述牙齿清洗头的第一输入端连接至所述激光器的输出端，所述牙齿清洗头的第二输入端连接至所述计算机控制模块的第二控制输出端，所述牙齿清洗头的输入输出控制端连接至所述计算机控制模块的第一输入输出控制端，所述光谱分析仪的输入输出控制端连接至所述计算机控制模块的第二输入输出控制端；工作时，将牙齿清洗头放置在待清洗的口腔内，操作者用手控制牙齿清洗头，打开激光对患者口腔里的牙齿进行多角度清洗。通过颜色传感器来检测识别牙齿，并将检测到的牙齿颜色反馈到计算机控制模块，当与待清洗牙齿照片颜色吻合度达到90％以上时即可出光，清洗过程中，通过微型警报器使牙齿清洗头距离牙齿在一个合适的距离，并通过光谱分析仪和图像传感器反馈给计算机控制模块的信息综合判断清洗效果。

更进一步地，所述牙齿清洗头包括：光束扫描模块、传感模块和微型警报器；所述光束扫描模块的输入端作为所述牙齿清洗头的第一输入端，所述微型警报器的输入端作为所述牙齿清洗头的第二输入端，所述传感模块的输入输出控制端作为所述牙齿清洗头的输入输出控制端；所述光束扫描模块用于排列激光光斑，实现点光斑的面扫描；所述传感模块用于采集牙齿到牙齿清洁头的距离、牙齿清洗时的照片和牙齿的颜色信息；所述微型警报器用于当牙齿清洗头与牙齿表面的距离在235mm～250mm时，呈现绿光；当牙齿清洗头与牙齿表面的距离大于250mm时，呈现红光；当牙齿清洗头与牙齿表面的距离小于235mm时，呈现黄光。

更进一步地，所述光束扫描模块包括：第一振镜、第二振镜、第一电机、第二电机和场镜；所述第一电机与第一振镜连接在一起并设置在X轴上，第一振镜的入射面用于接收激光器发射的激光；第二电机与第二振镜连接在一起并设置在Y轴上，第二振镜的入射面用于接收第一振镜的反射光；场镜设置在第二振镜的反射光路上；其中X轴为连接第一电机和第一振镜的支架；Y轴为连接第二电机和第二振镜的支架；激光器发出的激光传送至第一振镜，由第一振镜反射至第二振镜，再由第二振镜反射至场镜，并通过场镜形成激光光束。

更进一步地，所述传感模块包括：距离传感器、颜色传感器和图像传感器；所述距离传感器、所述图像传感器和所述颜色传感器分别与所述计算机控制模块连接；所述距离传感器用于采集牙齿到牙齿清洁头的距离并将其反馈给所述计算机控制模块；所述图像传感器用于采集牙齿清洗时的照片并将其反馈给所述计算机控制模块；所述颜色传感器用于采集牙齿的颜色并将其反馈给所述计算机控制模块。

更进一步地，所述激光器的波长为800nm～1100nm，输出功率小于60w，重复频率为650KHZ内可调，脉宽在10ns-200ns之间可调。

本发明还提供了一种基于上述的系统进行牙齿清洗的方法，包括下述步骤：

(1)打开激光器电源以及传感模块、光谱分析仪和计算机控制模块的电源，使其处于待工作状态；

(2)在清洗之前通过传感模块采集待清洗牙齿的照片，并将其输入计算机控制模块中，以便于清洗时计算机控制模块识别牙齿；

(3)通过计算机控制模块控制牙齿清洗头，并打开激光对患者口腔里的牙齿进行多角度清洗；通过颜色传感器来检测识别牙齿，并将检测到的牙齿颜色反馈到计算机控制模块；

(4)通过距离传感器将牙齿清洗头到牙齿表面的距离反馈到计算机控制模块；

(5)通过图像传感器采集清洗牙齿表面的图片，并把采集的牙齿表面的情况反馈到计算机控制模块，计算机控制模块将采集到的图片进行灰度处理，再与牙齿灰度值图片进行对比以便判断清洗效果；

(6)通过光谱分析仪采集牙齿表面化学元素的谱线图，将采集到的谱线图峰值变化反馈到计算机控制模块，通过谱线对比，观察是否出现Ca元素特征峰，以便判断清洗效果；

(7)通过计算机控制模块对接收的清洗信息进行处理，得到其清洗的结果。

更进一步地，在步骤(3)中，当通过颜色传感器采集的牙齿照片与待清洗牙齿照片颜色吻合度达到90％以上时激光器才可出光，保证了操作人员在清洗过程中只有光照射清洗牙齿时才出光，在皮肤及其他部位不出光，保证清洗的安全性。

更进一步地，在步骤(4)中，当距离在235mm～250mm时，计算机控制模块控制警报器呈现绿光；当距离大于250mm时，计算机控制模块控制警报器呈现红光；当距离小于235mm时，计算机控制模块控制警报器呈现黄光。

更进一步地，当牙齿清洗头与牙齿的距离在235mm～250mm时，开始进行清洗。

更进一步地，在步骤(7)中，当图像采集到的图片与牙齿灰度值图片吻合度达到95％且光谱分析仪采集到的谱线出现Ca元素特征峰时，牙齿清洗干净，否则继续清洗，直至牙齿清洗干净为止。

本发明采用激光能够有效清洁表面粘有亚微米级的污染颗粒；且激光是无接触清洗，也不易对口腔进行细菌污染，避免疾病交叉感染，十分安全，而且清洗精度高，已被广泛接受。

通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，具有如下技术优点：

(1)通过光谱分析仪和图像传感器反馈给计算机控制模块的信息来判断牙齿的清洗效果，并且清洗过程中操作只用控制好牙齿清洗头与牙齿的距离，相比传统洗牙方式降低了医生的操作难度；

(2)清洗过程中只有激光来清洗牙齿，避免了现有技术的手术器械可能导致其他疾病的交叉传染；

(3)整个清洗过程激光只有感应到牙齿时才出光，在皮肤或者其他地方并不出光，清洗过程十分安全，清洗精度高；

(4)清洗整个过程大约十分钟左右，相比于现有技术需要半小时甚至更久的时间，操作过程快速简便，减轻病人的痛苦。

附图说明

图1是本发明提供的采用激光清洁牙齿的系统的结构框图；

图2是本发明提供的采用激光清洁牙齿的系统的光束扫描模块的光路图；

图3是本发明提供的采用激光清洁牙齿的系统进行清洗牙齿时的工作流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供的采用激光清洁牙齿的设备不仅能够解决传统洗牙对医生的操作要求很高，并有效地减少了超声波洗牙和喷砂洗牙对牙齿的伤害，减少口腔疾病的交差传染且减少患者的痛苦。

本发明提供的采用激光清洁牙齿的系统包括：激光器、牙齿清洗头、光束扫描模块、传感模块、计算机控制模块、光谱分析仪和微型警报器；激光器与计算机控制模块连接，由计算机控制模块控制其工作；光束扫描模块通过光纤与激光器连接，由激光器发出的激光通过光纤传送至光束扫描模块以对光束进行调整；传感模块、光谱分析仪以及微型警报器均与计算机控制模块连接，光束扫描模块、传感模块以及微型警报器固定在牙齿清洗头内。

本发明的激光清洁牙齿系统通过计算机控制，利用光谱分析仪以及传感系统对激光进行分析以及定位，人工操作牙齿清洗头快速有效的清洁牙齿，清洁效果好。

在本发明实施例中，计算机控制模块中计算机为一般通用的计算机。

在本发明实施例中，激光器可以为光纤激光器、半导体激光器中的任意一种，其激光器的波长为1064nm，输出功率最高为60w，重复频率为650KHZ内可调，脉宽在10ns-200ns之间可调；

如图2所示，光束扫描模块包括：第一振镜、第二振镜、第一电机、第二电机和场镜；第一电机与第一振镜连接在一起并设置在X轴上，第一振镜的入射面用于接收激光器发射的激光；第二电机与第二振镜连接在一起并设置在Y轴上，第二振镜的入射面用于接收第一振镜的反射光；场镜设置在第二振镜的反射光路上。其中X轴为连接第一电机和第一振镜的支架；Y轴为连接第二电机和第二振镜的支架；激光器发出的激光通过光纤传送至第一振镜，由第一振镜反射至第二振镜，再由第二振镜反射至场镜，最终通过场镜形成激光光束，通过第一振镜和第二振镜偏转的配合，将光反射至待清洗的物体上。

在本发明实施例提供的采用激光清洗牙齿的系统中，传感模块包括：距离传感器、颜色传感器和图像传感器，距离传感器、图像传感器以及颜色传感器分别与计算机控制模块连接；通过距离传感器将牙齿到牙齿清洁头的距离反馈到计算机控制模块，以便于计算机控制模块对该距离进行实时调整；通过图像传感器采集牙齿清洗时的照片反馈到计算机控制模块，并将牙齿的清洗情况反馈到计算机控制模块，通过灰度处理，对比灰度处理后的图片是否与牙齿本色匹配进行判断清洗效果；通过颜色传感器采集到的牙齿颜色并将其反馈到计算机控制模块，保证操作人员在清洗过程中只有光照射到牙齿时才出光，在皮肤及其他部位照射时不出光。

在本发明实施例中，微型警报器可以为普通的距离警报器，与计算机控制模块连接，距离传感器将牙齿清洗头与牙齿表面的距离反馈到计算机控制模块，计算机控制模块处理后反馈给微型警报器，使其距离在235mm至250mm时，警报器呈现绿光；当距离大于250mm时，警报器呈现红光；当距离小于235mm时，警报器呈现黄光。

光谱分析仪与计算机控制模块连接，通过探头采集牙齿表面化学元素谱线图，将采集到的谱线图峰值变化反馈到计算机控制模块，通过谱线对比来判断清洗效果。

本发明利用上述用激光清洁牙齿设备进行激光清洗牙齿的方法，步骤如下：

(1)打开激光器电源、传感器、光谱分析仪、计算机控制模块的电源，使其处于待工作状态。

(2)在清洗之前通过拍照大量待清洗牙齿的照片，将此输入计算机中，以便于清洗时计算机控制模块识别牙齿。

(3)操作者用手控制牙齿清洗头，打开激光对患者口腔里的牙齿进行多角度清洗。通过颜色传感器来检测识别牙齿，并将检测到的牙齿颜色反馈到计算机控制模块，当与待清洗牙齿照片颜色吻合度达到90％以上时即可出光，保证了操作人员在清洗过程中只有光照射清洗牙齿时才出光，在皮肤及其他部位不出光，保证清洗的安全性。

(4)通过距离传感器将牙齿清洗头到牙齿表面的距离反馈到计算机控制模块，通过计算机控制模块控制为：当距离在235mm至250mm时，警报器呈现绿光；当距离大于250mm时，警报器呈现红光；当距离小于235mm时，警报器呈现黄光。操作者可通过警报器将牙齿清洗头与牙齿的距离调整在235mm至250mm，然后开始进行清洗。

(5)通过图像传感器采集清洗牙齿表面的图片，并把采集的牙齿表面的情况反馈到计算机控制模块，计算机将采集到的图片进行灰度处理，再与牙齿灰度值图片进行对比以便判断清洗效果。

(6)通过光谱分析仪采集牙齿表面化学元素的谱线图，将采集到的谱线图峰值变化反馈到计算机控制模块，通过谱线对比，观察是否出现Ca元素特征峰,以便判断清洗效果。

(7)通过计算机控制模块对接收的清洗信息进行处理，得到其清洗的结果，当图像采集到的图片与牙齿灰度值图片吻合度达到95％且光谱分析仪采集到的谱线出现Ca元素特征峰即为牙齿清洗干净，否则若继续清洗，直至牙齿清洗干净即可。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益的技术效果：

(1)通过光谱分析仪和图像传感器反馈给计算机控制模块的信息来判断牙齿的清洗效果，并且清洗过程中操作只用控制好牙齿清洗头与牙齿的距离，相比传统洗牙方式降低了医生的操作难度；

(2)清洗过程中只有激光来清洗牙齿，避免了现有技术的手术器械可能导致其他疾病的交叉传染；

(3)整个清洗过程激光只有感应到牙齿时才出光，在皮肤或者其他地方并不出光，清洗过程十分安全，清洗精度高；

(4)清洗整个过程大约十分钟左右，相比于现有技术需要半小时甚至更久的时间，操作过程快速简便，减轻病人的痛苦。

下面通过具体实施方式对本发明所述的一种用激光清洁牙齿的系统及其方法作进一步的详细说明，其具体实施方式如下：

(1)按照图1所述一种用激光清洁牙齿的系统的结构框图连接好各部仪器，打开激光器电源使激光器预热，再打开光束扫描模块、计算机控制模块、光谱分析仪等，使它们处于待工作状态，设置好激光器的参数。

(2)操作人员将牙齿清洗头调整在一个合适的位置(警报器呈现绿色)。

(3)按下激光清洗头按钮，开始激光清洗牙齿，清洗时操作人员可对牙齿多角度进行清洗(激光清洗头在感应到牙齿时出光，在皮肤及其他部位不出光)。

当清洗基本完成，进行图像采集和光谱采集，通过计算机控制模块进行灰度处理和光谱元素分析，当灰度处理后与牙齿本色匹配，并且谱线分析，出现牙齿特征峰时即为清洗干净，如若灰度处理没有与牙齿本色相匹配或谱线分析没有现牙齿元素特征峰，都要继续清洗，直至两者都符合要求才清洗结束。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。