CN108567543A - 一种具有智能调速的综合口腔治疗系统 - Google Patents

Abstract

一种具有智能调速的综合口腔治疗系统，包括躺椅、治疗机、附件、流路系统、智能调速控制系统和智能诊断系统，智能调速控制系统与变速手机电机和/或负压泵连接，测量并控制变速手机电机和/或负压泵的转速；智能调速控制系统包括差分器、微分器、模糊化接口、输出量转换模块、推理机、知识库。

Description

一种具有智能调速的综合口腔治疗系统

技术领域

本发明属于智能设备领域，特别涉及一种具有智能调速的综合口腔治疗系统。

背景技术

综合口腔治疗系统是用以实现集口腔诊疗、修复、美容等于一体的综合性操作单元，并为医患双方提供整体诊疗环境的口腔治疗设备。手术器械可对牙齿进行的钻、磨等手术操作，并且提供包括负压吸引、消毒、无影照明、漱口冲盂、加热、稳压、排水等在内的辅助功能，从而实现相对独立的诊疗过程。随着医用电子、工程技术等学科的发展，牙科设备不断更新改造，使之达到功能齐全、设计合理、便于操作，成本低廉，便于保养维修，缩短诊疗时间，减轻病人痛苦和降低劳动强度的目的。当代牙科治疗设备的科技进步为改善口腔保健服务展示了广阔前景。

但是目前的综合口腔治疗系统大多依赖口腔医生的诊断和治疗，智能化程度不足，效率较低,并且操作设备过少，难以实现全方位的诊断和治疗。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何通过模糊算法实现对手机的速度调节和控制的治疗系统，对此本发明提供一种具有智能调速的综合口腔治疗系统。

一种具有智能调速的综合口腔治疗系统，包括躺椅、治疗机、附件、流路系统、智能调速控制系统和智能诊断系统，

治疗机包括地箱、侧箱、冷光灯、器械盘、漱口给水装置、喷枪、吸引器、痰盂、观片灯、脚踏开关以及激光治疗仪，地箱设置在躺椅的底座上，侧箱设置在躺椅的侧面，能够随躺椅一同升降；

附件包括调速手机、洁牙机、医师座椅，调速手机、洁牙机、喷枪、吸引器设置在器械盘上，激光治疗仪设置在冷光灯所在的支架上；

智能诊断系统设置在侧箱上；

流路系统由进气口、进水口、空气泵、水泵、负压泵、一级过滤器、二级水过滤器、加热器、电磁阀、减压阀、节流阀、气调阀、水调阀、充气开关、分配件、消毒罐、漱口罐、强吸器、弱吸器、水汽混合通路组成，进气口、进水口、空气泵、水泵、一级过滤器以及下水设置在地箱内，负压泵、二级水过滤器、加热器、电磁阀、减压阀、节流阀、气调阀、水调阀、充气开关、分配件、消毒罐、漱口罐、水汽混合通路设置在侧箱内；

智能调速控制系统与变速手机电机和/或负压泵连接，测量并控制变速手机电机和/或负压泵的转速；

智能调速控制系统包括差分器、微分器、模糊化接口、输出量转换模块、推理机、知识库，负载估计模块将测得的变速手机电机和/或负压泵的转速通过带通滤波器提供给差分器，差分器将口腔医生输入的设定转速与测量的变速手机电机和/或负压泵的转速相减得到误差值E，误差值E经过微分器得到误差变化率dE/dt，误差值E和误差变化率dE/dt提供给模糊化接口，对误差值E和误差变化率dE/dt进行模糊化赋值，分别得到模糊化误差值ME和模糊化误差变化值MEC，模糊化误差值ME和模糊化误差变化值MEC提供给推理机，推理机根据知识库中的输入输出隶属度矢量值以及逻辑推理规则对模糊化误差值ME和模糊化误差变化值MEC进行模糊推理得到模糊控制量MU，输出量转换模块将模糊控制量MU转换为实际控制量U，根据实际控制量U控制电源向变速手机电机和/或负压泵的转速提供电压。

本发明的有益效果：

(1)引入了完整的流路系统，构成对口腔疾病的全方位诊断治疗；

(2)智能调速控制系统实现对手机的速度精确控制，有效的保证了工作的效率；

(3)引入智能诊断系统，自动生成对口腔疾病的治疗方案，从而极大减少了医生的劳动强度；

(4)使用激光治疗仪，能够在该系统中实现对口腔粘膜、牙齿的相关疾病的快速治疗；

(5)利用红外、超声波等手段实现对漱口给水装置和无影灯的控制，实现了自动化，有效降低能耗。

附图说明

图1为本发明的口腔治疗系统的结构图；

图2为本发明的流路系统组成框图；

图3为本发明的智能调速控制系统原理图；

图4为本发明的智能诊断系统组成图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作其中明。

本发明的实施例参考图1-4所示。

一种具有智能调速的综合口腔治疗系统，包括躺椅、治疗机、附件、流路系统、智能调速控制系统和智能诊断系统，

治疗机包括地箱、侧箱、冷光灯、器械盘、漱口给水装置、喷枪、吸引器、痰盂、观片灯、脚踏开关以及激光治疗仪，地箱设置在躺椅的底座上，侧箱设置在躺椅的侧面，能够随躺椅一同升降；

附件包括调速手机、洁牙机、医师座椅，调速手机、洁牙机、喷枪、吸引器设置在器械盘上，激光治疗仪设置在冷光灯所在的支架上；

智能诊断系统设置在侧箱上；

流路系统由进气口、进水口、空气泵、水泵、负压泵、一级过滤器、二级水过滤器、加热器、电磁阀、减压阀、节流阀、气调阀、水调阀、充气开关、分配件、消毒罐、漱口罐、强吸器、弱吸器、水汽混合通路组成，进气口、进水口、空气泵、水泵、一级过滤器以及下水设置在地箱内，负压泵、二级水过滤器、加热器、电磁阀、减压阀、节流阀、气调阀、水调阀、充气开关、分配件、消毒罐、漱口罐、水汽混合通路设置在侧箱内；

智能调速控制系统与变速手机电机和/或负压泵连接，测量并控制变速手机电机和/或负压泵的转速；

智能调速控制系统包括差分器、微分器、模糊化接口、输出量转换模块、推理机、知识库，负载估计模块将测得的变速手机电机和/或负压泵的转速通过带通滤波器提供给差分器，差分器将口腔医生输入的设定转速与测量的变速手机电机和/或负压泵的转速相减得到误差值E，误差值E经过微分器得到误差变化率dE/dt，误差值E和误差变化率dE/dt提供给模糊化接口，对误差值E和误差变化率dE/dt进行模糊化赋值，分别得到模糊化误差值ME和模糊化误差变化值MEC，模糊化误差值ME和模糊化误差变化值MEC提供给推理机，推理机根据知识库中的输入输出隶属度矢量值以及逻辑推理规则对模糊化误差值ME和模糊化误差变化值MEC进行模糊推理得到模糊控制量MU，输出量转换模块将模糊控制量MU转换为实际控制量U，根据实际控制量U控制电源向变速手机电机和/或负压泵的转速提供电压。

其中，模糊化赋值的过程具体为：按照操作医生的语言变量选取参量PL、PB、PM、PS、ZO、NS、NM、NB、BL分别表示正超大、正大、正中、正小、零、负小、负中、负大、负超大，对应的模糊集{-n,-n+1,......,0,......,n-1,n},n＝4；

确定量化因子，k_e＝n/e,其中,k_e为误差值量化因子，e为测量的最大误差值，k_ec＝n/ec，k_ec为误差变化率量化因子，ec为测量的最大误差变化率，

如果m≤k_eE≤m+1,m<n，则模糊化误差值ME为经过四舍五入的k_eE，m取0，1，2，3；

如果k_eE<-n，则模糊化误差值ME为-n；

如果k_eE>n，则模糊化误差值ME为n；

如果m≤k_ecE≤m+1,m<n，则模糊化误差变化值MEC为经过四舍五入的k_ecE；

如果k_ecE<-n，则模糊化误差变化值MEC为-n；

如果k_ecE>n，则模糊化误差变化值MEC为n。

其中，知识库包括数据库以及规则库，数据库中存放输入、输出变量的模糊隶属度矢量值，此矢量值是输入、输出量经过对应论域等离散化后所对应值的集合，所对应论域若是连续的，则可作为为隶属度函数，对于输入的模糊变量，隶属度函数保存于数据库中，在模糊推理关系中向推理机提供数据，规则库中存储有模糊规则，模糊规则是操作人员长期积累的经验并结合专家知识的基础上形成的，由相关的逻辑关系的词汇来表达，例如if-then、else、end、and、or等。

通过模糊控制可以自动有效实现变速手机电机和/或负压泵转速的迅速设定，减少了人工设定带来的精度不准确。

其中，进气口通过空气泵、第一一级过滤器、第一减压阀与气分配件连接，气分配件分别与气调阀、第一充气开关、第二充气开关、第一电磁阀、喷枪连接，气调阀分别通过第二、三电磁阀与调速手机、洁牙机连接，第一、二充气开关分别与消毒罐、漱口罐连接，消毒罐、漱口罐与水气混合通路连接，吸引器通过负压泵与第一电磁阀连接，吸引器还与下水系统连接；

进水口通过水泵、第二一级过滤器、第二减压阀与第一水分配件连接，第一水分配件第一路出口与水气混合通路连接，第一水分配件第二路出口通过加热器、第二水分配件的第一路出口与喷枪连接，第一水分配件第三路出口通过第五电磁阀与第二节流阀连接，第二水分配件的第二路出口通过第四电磁阀与第一节流阀连接，水气混合通路通过二级水过滤器、水调阀通过第六、七电磁阀与调速手机、洁牙机连接。

其中，躺椅包括升降机构、俯仰机构、头枕以及扶手,升降机构的高度调节可满足不同身高特点的口腔医生对手术高度进行调节，从而达到最佳的治疗姿态；俯仰机构使病人背部与腿部间形成最佳角度，满足医生在正对口腔进行手术时，以不同角度完成相互独立的手术流程；头枕机构是为满足不同人体颈部特点所进行的不同伸缩距离的调整；扶手组件是用于病人手臂的放置和抓握，同时可降低手术过程病人所产生的焦虑感；与以上部件所配合的发泡软垫，可承载病患在诊疗过程中的躺卧姿势。通过调节椅位姿态，可以在医生和病患间形成最佳的诊疗环境。

其中，躺椅还包括ABS注塑成型的底板罩壳、前罩壳、摆架罩壳、坐垫罩壳和座架罩壳，压铸铝成型的弯板和座架，聚氨酯硬发泡成型的坐垫软垫、靠背软垫及头枕软垫。

智能诊断系统包括图像采集模块、综合数据库、学习模块、推理机、解释模块、样本库、网络结构库、临床症状库、疾病库、治疗方案库、历史记录库、数据库管理模块；综合数据库接收并存储病人的相关信息、医疗检查数据以及评估结果；样本库、网络结构库、临床症状库、疾病库、治病方案库、历史记录库是动态扩展的，能够自学习自补充；数据库管理模块具有完整的数据库操作功能，口腔专家通过数据库管理模块对各个数据库的进行查询、添加和删除以及修改；解释模块是系统和口腔医生之间沟通的桥梁，负责将口腔医生的诊断转化为智能诊断系统能够识别的信息，并将系统最后的输出结果转化为口腔医生能够理解的信息；学习模块包括网络层数、输入、输出、隐结点个数在内的神经网络结构、组织待训练的学习样本以及神经网络学习算法，通过样本库提取样本进行学习，得到权值分布，完成知识获取，口腔专家可以对学习模块并通过数据库管理模块对各个数据库进行调整管理、维护更新；推理机包括神经网络推理模块和基于规则的推理模块，推理机利用各个数据库，结合综合数据库中提供的病人的相关信息、医疗数据、口腔医学图像以及评估结果进行推理，得出相应的治疗方案。

其中，神经网络结构通过模糊逻辑和神经网络结合的方法实现，神经网络学习算法采用BP算法。

其中，神经网络推理模块根据网络结构库、综合数据库以及解释模块输入的数据进行推理，并将推理结果输出给基于规则的推理模块，基于规则的推理模块结合综合数据库、临床症状库、疾病库、治病方案库、历史记录库推理生成最终的治疗方案。

推理机的工作过程如下：

步骤(1)将病人的相关信息、医疗检查数据、评估结果以及口腔医学图像进行模糊化处理，并以此作为各子神经网络的输入模式；

步骤(2)从网络结构库中读入各子神经网络的权值矩阵；

步骤(3)结合各子神经网络输入层、隐含层间的权值矩阵，计算各子神经网络输入层神经元的输出，并将输出作为隐含层神经元的输入；

步骤(4)结合各子神经网络隐含层、输出层间的权值矩阵，计算输出层神经元的输出值；

步骤(5)根据输出层神经元的输出值，结合综合数据库中的相关信息进行规则推理，确定病因，给出可信度；

步骤(6)根据可信度判断推理得到的病因是否正确，如果可信度在80％以下，则认为推理不正确，返回步骤(1)，如果可信度在80％以上，则认为推理正确，进入步骤(7)；

步骤(7)根据最终确定的原因，结合相关信息给出对应于具体口腔病因的治疗方案；

通过智能诊断模块真正实现了智能诊断，可以为口腔医生提供详实的治疗方案，进而降低其工作强度。

漱口给水装置包括超声波测液位传感器和红外检测传感器，红外检测传感器检查给水位置上有无新的漱口杯放置,开机时是否检测到漱口杯,如果有漱口杯,则用超声波测液位传感器检测杯里的水是否已满。

激光治疗仪包括激光器、激光器散热设备、上位机、下位机、检测电路、采样电路、输入装置、电源、晶振、存储电路以及D/A转换电路，检测电路与上位机连接，检测电路包括温度传感器、水压传感器以及气压传感器，采样电路包括激光器电压采用电路、交流电压采用电路、交流电流采用电路以及控制电路采样电路，电源、晶振均与上位机、下位机连接用于供电和保持时间同步，下位机通过D/A转换电路和数据总线与上位机连接，输入装置与上位机连接，

其中，上位机用于协调各个模块的动作，下位机接收来自上位机的控制命令，检测影响激光器工作的环境参数，下位机通过激光器电压采用电路获取激光器发出激光脉冲的能量数据，通过D/A转换，控制激光器工作电源的档位，口腔医生通过输入装置和上位机的通讯

上位机通过温度传感器检测激光器散热设备的温度，若设备温度在正常值内，那么上位机通过总线送出打开激光器工作电源的控制命令到下位机中，上位机通过中断检测输入装置的状态，如果输入装置处于输入状态，上位机通过读取寄存器的输入内容并组合成相应的控制命令送出到下位机中；

存储电路与上位机及下位机连接，存储当前激光治疗仪的状态数据和上次的状态数据；

下位机通过检测电路检测影响口腔激光器工作的环境参数是否处于正常工作范围内，如果环境参数超过正常工作范围，则下位机关闭激光器的电源，并接收上位机传来的控制命令，控制激光电源的状态。

其中，激光器散热设备包括水冷系统、激光功率散热片系统。

以上所述实施方式仅表达了本发明的一种实施方式，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种具有智能调速的综合口腔治疗系统，包括躺椅、治疗机、附件、流路系统、智能调速控制系统和智能诊断系统，

治疗机包括地箱、侧箱、冷光灯、器械盘、漱口给水装置、喷枪、吸引器、痰盂、观片灯、脚踏开关以及激光治疗仪，地箱设置在躺椅的底座上，侧箱设置在躺椅的侧面，能够随躺椅一同升降；

附件包括调速手机、洁牙机、医师座椅，调速手机、洁牙机、喷枪、吸引器设置在器械盘上，激光治疗仪设置在冷光灯所在的支架上；

智能诊断系统设置在侧箱上；

流路系统由进气口、进水口、空气泵、水泵、负压泵、一级过滤器、二级水过滤器、加热器、电磁阀、减压阀、节流阀、气调阀、水调阀、充气开关、分配件、消毒罐、漱口罐、强吸器、弱吸器、水汽混合通路组成，进气口、进水口、空气泵、水泵、一级过滤器以及下水设置在地箱内，负压泵、二级水过滤器、加热器、电磁阀、减压阀、节流阀、气调阀、水调阀、充气开关、分配件、消毒罐、漱口罐、水汽混合通路设置在侧箱内；

智能调速控制系统与变速手机电机和/或负压泵连接，测量并控制变速手机电机和/或负压泵的转速；

智能调速控制系统包括差分器、微分器、模糊化接口、输出量转换模块、推理机、知识库，负载估计模块将测得的变速手机电机和/或负压泵的转速通过带通滤波器提供给差分器，差分器将口腔医生输入的设定转速与测量的变速手机电机和/或负压泵的转速相减得到误差值E，误差值E经过微分器得到误差变化率dE/dt，误差值E和误差变化率dE/dt提供给模糊化接口，对误差值E和误差变化率dE/dt进行模糊化赋值，分别得到模糊化误差值ME和模糊化误差变化值MEC，模糊化误差值ME和模糊化误差变化值MEC提供给推理机，推理机根据知识库中的输入输出隶属度矢量值以及逻辑推理规则对模糊化误差值ME和模糊化误差变化值MEC进行模糊推理得到模糊控制量MU，输出量转换模块将模糊控制量MU转换为实际控制量U，根据实际控制量U控制电源向变速手机电机和/或负压泵的转速提供电压。

2.根据权利要求1所述的一种具有智能调速的综合口腔治疗系统，其特征在于模糊化赋值的过程具体为：按照操作医生的语言变量选取参量PL、PB、PM、PS、ZO、NS、NM、NB、BL分别表示正超大、正大、正中、正小、零、负小、负中、负大、负超大，对应的模糊集{-n,-n+1,......,0,......,n-1,n},n＝4；

确定量化因子，k_e＝n/e,其中,k_e为误差值量化因子，e为测量的最大误差值，k_ec＝n/ec，k_ec为误差变化率量化因子，ec为测量的最大误差变化率，

如果m≤k_eE≤m+1,m<n，则模糊化误差值ME为经过四舍五入的k_eE，m取0，1，2，3；

如果k_eE<-n，则模糊化误差值ME为-n；

如果k_eE>n，则模糊化误差值ME为n；

如果m≤k_ecE≤m+1,m<n，则模糊化误差变化值MEC为经过四舍五入的k_ecE；

如果k_ecE<-n，则模糊化误差变化值MEC为-n；

如果k_ecE>n，则模糊化误差变化值MEC为n。

3.根据权利要求2所述的一种具有智能调速的综合口腔治疗系统，其特征在于：知识库包括数据库以及规则库，数据库中存放输入、输出变量的模糊隶属度矢量值，矢量值是输入、输出量经过对应论域离散化后所对应值的集合，所对应论域若是连续的，则可作为为隶属度函数，对于输入的模糊变量，隶属度函数保存于数据库中，在模糊推理关系中向推理机提供数据，规则库中存储有模糊规则，模糊规则是操作人员长期积累的经验并结合专家知识的基础上形成的，由相关的逻辑关系的词汇来表达。

4.根据权利要求1所述的一种具有智能调速的综合口腔治疗系统，其特征在于：进气口通过空气泵、第一一级过滤器、第一减压阀与气分配件连接，气分配件分别与气调阀、第一充气开关、第二充气开关、第一电磁阀、喷枪连接，气调阀分别通过第二、三电磁阀与调速手机、洁牙机连接，第一、二充气开关分别与消毒罐、漱口罐连接，消毒罐、漱口罐与水气混合通路连接，吸引器通过负压泵与第一电磁阀连接，吸引器还与下水系统连接。

5.根据权利要求4所述的一种具有智能调速的综合口腔治疗系统，其特征在于：进水口通过水泵、第二一级过滤器、第二减压阀与第一水分配件连接，第一水分配件第一路出口与水气混合通路连接，第一水分配件第二路出口通过加热器、第二水分配件的第一路出口与喷枪连接，第一水分配件第三路出口通过第五电磁阀与第二节流阀连接，第二水分配件的第二路出口通过第四电磁阀与第一节流阀连接，水气混合通路通过二级水过滤器、水调阀通过第六、七电磁阀与调速手机、洁牙机连接。

6.根据权利要求1所述的一种具有智能调速的综合口腔治疗系统，其特征在于：躺椅包括升降机构、俯仰机构、头枕以及扶手。

7.根据权利要求6所述的一种具有智能调速的综合口腔治疗系统，其特征在于：升降机构的高度调节可满足不同身高特点的口腔医生对手术高度进行调节；俯仰机构使病人背部与腿部间形成最佳角度，满足医生在正对口腔进行手术时，以不同角度完成相互独立的手术流程；头枕机构是为满足不同人体颈部特点所进行的不同伸缩距离的调整；扶手是用于病人手臂的放置和抓握；与升降机构、俯仰机构、头枕以及扶手所配合的发泡软垫，可承载病患在诊疗过程中的躺卧姿势,通过调节椅位姿态。

8.根据权利要求7所述的一种具有智能调速的综合口腔治疗系统，其特征在于：躺椅还包括ABS注塑成型的底板罩壳、前罩壳、摆架罩壳、坐垫罩壳和座架罩壳，压铸铝成型的弯板和座架，聚氨酯硬发泡成型的坐垫软垫、靠背软垫及头枕软垫。