CN104887174A - 牙齿组织早期龋损差动光热成像检测系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种牙齿组织早期龋损差动光热成像检测系统与方法，所述检测系统由牙齿组织样件、第一准直镜、第一光纤、第一激光器、第一电源线、第一激光器电源、第一BNC数据线、以太网线、计算机、数据采集卡控制线、数据采集卡、红外热像仪触发信号线、第二BNC数据线、第二激光器、红外热像仪、第二电源线、二维移动台、第二激光器、第二光纤、第二准直镜及三维移动台构成。本发明采用牙齿组织早期龋损差动光热成像检测方法可以实现牙齿组织完全无损伤、非接触、高效测量，同时可以提高早期牙齿龋损检测的分辨率。本发明采用牙齿组织早期龋损差动光热成像检测系统可以对牙齿组织进行快速成像，同时可以实现对牙齿龋损位置的高分辨率识别。

Description

牙齿组织早期龋损差动光热成像检测系统与方法

技术领域

本发明涉及一种牙齿组织早期龋损差动光热成像检测系统与方法，适用于口腔医学领域中牙齿日常健康维护、早期龋齿检测及龋齿龋损评价等相关方面。

背景技术

龋齿是一种常见的高发疾病，如果能够及时的发现早期龋齿，则可以通过补矿方法对龋损位置进行治疗，防止龋齿进一步恶化。但视诊、探针及X射线等传统龋齿检测方法对早期龋齿检测并不敏感，因此早期龋齿的检测对龋齿预防与治疗具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现在技术的不足，提供一种牙齿组织早期龋损差动光热成像检测方法与系统，可有效的检测早期龋损且具有良好的成像效果。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种牙齿组织早期龋损差动光热成像检测系统，包括牙齿组织样件、第一准直镜、第一光纤、第一激光器、第一电源线、第一激光器电源、第一BNC数据线、以太网线、计算机、数据采集卡控制线、数据采集卡、红外热像仪触发信号线、第二BNC数据线、第二激光器、红外热像仪、第二电源线、二维移动台、第二激光器、第二光纤、第二准直镜及三维移动台，其中：计算机通过数据采集卡控制线与数据采集卡相连接；数据采集卡通过红外热像仪触发信号线与红外热像仪触发信号端相连接；数据采集卡调制信号输出端口f ₁通过第一BNC信号线与第一激光器电源相连接，第一激光器电源与第一激光器通过第一电源线相连接，第一激光器通过第一光纤与第一准直镜相连接；数据采集卡调制信号输出端口f ₂通过第二BNC信号线与第二激光器电源相连接，第二激光器电源与第二激光器通过第二电源线相连接，第二激光器通过第二光纤与第二准直镜相连接；牙齿组织样件放置于三维移动台上，红外热像仪放置于二维移动台上，计算机通过以太网线与红外热像仪相连接。

一种牙齿组织早期龋损差动光热成像检测方法，基于光热辐射测量（Photothermal radiometry, PTR）原理，采用计算机控制数据采集卡产生两个同步调制信号，调制频率分别为f ₁与f ₂，调制信号通过BNC数据线分别控制两台激光器，激光器通过光纤经准直镜汇聚到牙齿组织表面，调制变化的激光照射到样件后由于存在光热效应，样件出现温度涨落与红外辐射，光热辐射信号与样件光热特性参数相关，信号被红外热像仪接收，生成图像序列。获取的图像序列与参考信号（频率为|f ₁-f ₂|）做锁相运算，进而提取光热辐射信号中的拍频（|f ₁-f ₂|）成分，此方法可以实现对牙齿早期龋损的高分辨率识别。具体实施步骤如下：

步骤（1）：确定要测量的牙齿组织，将牙齿组织样件放置于三维移动台上；

步骤（2）：开启牙齿组织早期龋损差动光热成像检测系统；

步骤（3）：红外热像仪开启后，首先需等待10分钟，以使探测元件达到红外热像仪预设温度，从而保证探测信号的准确性；

步骤（4）：红外热像仪探测元件达到预设温度后，使用红外热像仪进行成像，此步骤需要调整载有红外热像仪的二维移动台、载有牙齿组织样件的三维移动台以及红外热像仪焦距，以使红外热像仪可以清晰的对牙齿样本进行成像；

步骤（5）：调整两个准直镜位置，使其汇聚到牙齿组织样件表面；

步骤（6）：计算机控制软件设置两台激光器的调制信号f ₁、f ₂、激光器功率，同时触发红外热像仪进行图像序列采集；

步骤（7）：计算机控制软件信号将采集到的图像序列与参考信号|f ₁-f ₂|做锁相运算，从而得到牙齿组织光热辐射信号幅值图与相位图。

本发明中，测试材料针对早期龋损牙齿组织。

本发明中，激光器波长根据牙齿样本吸收特性而定。

本发明中，频率调制频率与参考信号频率根据早期龋损牙齿组织龋损程度而定。

本发明的优点在于：

（1）本发明采用牙齿组织早期龋损差动光热成像检测方法可以实现牙齿组织完全无损伤、非接触、高效测量，同时可以提高早期牙齿龋损检测的分辨率。

（2）本发明采用牙齿组织早期龋损差动光热成像检测系统可以对牙齿组织进行快速成像，同时可以实现对牙齿龋损位置的高分辨率识别。

附图说明

图1为本发明所涉及的牙齿组织早期龋损差动光热成像检测系统示意图；

图2为牙齿组织早期龋损差动光热成像检测系统检测幅值图；

图3为牙齿组织早期龋损差动光热成像检测系统检测相位图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

如图1所示，本发明提供的牙齿组织早期龋损差动光热成像检测系统由牙齿组织样件1、第一准直镜2、第一光纤3、第一激光器4、第一电源线5、第一激光器电源6、第一BNC数据线7、以太网线8、计算机9、数据采集卡控制线10、数据采集卡11、红外热像仪触发信号线12、第二BNC数据线13、第二激光器14、红外热像仪15、第二电源线16、二维移动台17、第二激光器18、第二光纤19、第二准直镜20及三维移动台21构成。计算机9通过数据采集卡控制线10与数据采集卡11相连接；数据采集卡11通过红外热像仪触发信号线12与红外热像仪15触发信号端相连接；数据采集卡11调制信号输出端口f ₁通过第一BNC信号线7与第一激光器电源6相连接，第一激光器电源6与第一激光器4通过第一电源线5相连接，第一激光器4通过第一光纤3与第一准直镜2相连接；数据采集卡11调制信号输出端口f ₂通过第二BNC信号线13与第二激光器电源14相连接，第二激光器电源14与第二激光器18通过第二电源线16相连接，第二激光器18通过第二光纤19与第二准直镜20相连接；为便于调整位置，牙齿组织样件1放置于三维移动台21上，红外热像仪15放置于二维移动台17上，计算机9通过以太网线8与红外热像仪15相连接，以太网线用于图像采集信号线。

具体实施方式中牙齿组织样件1为经过开窗模拟龋损2天的人类离体牙齿，经口腔医生诊断为早期龋齿，以此为例进行以下具体实施方式。

确定要测量的牙齿组织样件1，将牙齿组织样件1放置于三维移动台21上；开启牙齿组织早期龋损差动光热成像检测系统，此步骤包括计算机9、红外热像仪15（FLIR SC7000，响应波长范围：3.6μm~5.2μm，像素：256×320）、第一激光器4（808nm半导体激光器，）、第二激光器14（808nm半导体激光器）、数据采集卡11（NI-6229）等设备的开启；红外热像仪15开启后，首先需等待10分钟，以使探测元件达到红外热像仪15预设温度，从而保证探测信号的准确性；红外热像仪15探测元件达到预设温度后，使用红外热像仪15进行成像，此步骤需要调整载有红外热像仪15的二维移动台17、载有牙齿组织样件1的三维移动台22以及红外热像仪15焦距，以使红外热像仪15可以清晰的对牙齿组织样件1进行成像；调整第一准直镜2与第二准直镜20位置，使其汇聚到牙齿组织样件1表面；计算机1控制软件设置第一激光器4的调制信号f ₁=110Hz，功率为10W，光斑直径为3cm；第二激光器14的调制信号f ₂=100Hz，功率为10W，光斑直径为3cm；同时数据采集卡11通过红外热像仪触发信号线12触发红外热像仪15进行图像序列采集；计算机1控制软件信号将采集到的图像序列与参考信号（|f ₁-f ₂|=10Hz）做锁相运算，从而得到牙齿组织样件1光热辐射信号幅值图与相位图，进而通过幅值图与相位图区分早期龋损位置，如图2所示。

至此，完成了采用牙齿组织早期龋损差动光热成像检测系统对牙齿组织早期龋损的检测过程。

Claims (4)

1.一种牙齿组织早期龋损差动光热成像检测系统，其特征在于所述检测系统由牙齿组织样件、第一准直镜、第一光纤、第一激光器、第一电源线、第一激光器电源、第一BNC数据线、以太网线、计算机、数据采集卡控制线、数据采集卡、红外热像仪触发信号线、第二BNC数据线、第二激光器、红外热像仪、第二电源线、二维移动台、第二激光器、第二光纤、第二准直镜及三维移动台构成，其中：计算机通过数据采集卡控制线与数据采集卡相连接；数据采集卡通过红外热像仪触发信号线与红外热像仪触发信号端相连接；数据采集卡调制信号输出端口f ₁通过第一BNC信号线与第一激光器电源相连接，第一激光器电源与第一激光器通过第一电源线相连接，第一激光器通过第一光纤与第一准直镜相连接；数据采集卡调制信号输出端口f ₂通过第二BNC信号线与第二激光器电源相连接，第二激光器电源与第二激光器通过第二电源线相连接，第二激光器通过第二光纤与第二准直镜相连接；牙齿组织样件放置于三维移动台上，红外热像仪放置于二维移动台上，计算机通过以太网线与红外热像仪相连接。

2.根据权利要求1所述的牙齿组织早期龋损差动光热成像检测系统，其特征在于所述红外热像仪的响应波长范围：3.6μm~5.2μm，像素：256×320。

3.根据权利要求1所述的牙齿组织早期龋损差动光热成像检测系统，其特征在于所述第一激光器和第二激光器为808nm半导体激光器。

4.一种利用权利要求1所述的牙齿组织早期龋损差动光热成像检测系统检测牙齿组织早期龋损的方法，其特征在于所述方法步骤如下：

步骤（1）：确定要测量的牙齿组织，将牙齿组织样件放置于三维移动台上；

步骤（2）：开启牙齿组织早期龋损差动光热成像检测系统；

步骤（3）：红外热像仪开启后，首先需等待10分钟，以使探测元件达到红外热像仪预设温度，从而保证探测信号的准确性；

步骤（4）：红外热像仪探测元件达到预设温度后，使用红外热像仪进行成像，此步骤需要调整载有红外热像仪的二维移动台、载有牙齿组织样件的三维移动台以及红外热像仪焦距，以使红外热像仪可以清晰的对牙齿样本进行成像；

步骤（5）：调整两个准直镜位置，使其汇聚到牙齿组织样件表面；

步骤（6）：计算机控制软件设置两台激光器的调制信号f ₁、f ₂、激光器功率，同时触发红外热像仪进行图像序列采集；

步骤（7）：计算机控制软件信号将采集到的图像序列与参考信号|f ₁-f ₂|做锁相运算，从而得到牙齿组织光热辐射信号幅值图与相位图。