专利名称：数字化口腔智能辅助诊疗系统二维微扫装置的制作方法
技术领域：
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、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：
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作用更好的发挥，影响了更 有效的治疗效果。
发明内容
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。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、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
眉、ο本发明包括有医用(XD、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。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。其中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。由于口腔内窥镜系统每移动1. 5毫米，要停留0. 3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，摩擦损失小，并具有较高的传动精度等特点。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。口腔内窥镜系统包括有医用(XD、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。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。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。
图1为发明组成系统示意图。图2为本发明口腔内窥镜系统组成框图。图3为本发明系统控制和操作程序示意框图附图中序号含义1. 二维微扫装置11.步进电动机驱动器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；2. 口腔内窥镜系统21.医用CXD 22.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；3.主控制器。
具体实施例方式如附图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)沿X轴、Y轴的二维平动。二维微扫装置⑴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。工作台(20)为口腔内窥镜系统(2)的承载装置，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。口腔内窥镜系统(2)包括有医用(XD(21)、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CXD (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CCD(21)还连接有一照明光源系统(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。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 ⑵的控制。其主控制器⑶的PIC单片机同时用于控制外围设备的集成电路。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)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。由于口腔内窥镜系统(2)每移动1.5毫米，要停留0.3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。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
5程。
权利要求
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CCD(21)、光电转换及数据处理系统(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⑶的电气控制，主控制器⑶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CXD(21)，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。
全文摘要
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。
文档编号A61C19/04GK101982160SQ20101052436
公开日2011年3月2日 申请日期2010年10月29日 优先权日2010年10月29日
发明者孙久强, 杨丽梅, 王昕 申请人:长春工业大学