CN111513680A - 口内扫描仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种口内扫描仪，属于口腔检测技术领域，解决现有口内扫描仪的精确度低、效率低的扫描检查的问题。口内扫描仪包括夹持装置、安装台、水平滑动组件、竖直滑动组件、方位调节组件、俯仰调节组件、测试主机和扫描仪探头；夹持装置夹持固定扫描仪探头；夹持装置的底部与水平滑动组件的水平滑块通过连杆铰接；夹持装置的两侧均设有俯仰调节组件；俯仰调节组件与竖直滑动组件的竖直滑块连接；水平滑动组件的水平滑轨和竖直滑动组件的竖直滑轨均与安装台滑动连接；安装台的底部与方位调节组件连接。本发明能够固定并引导扫描仪的走向，方便医生解放双手，并提高安全性能和扫描效率，从而提升治疗效率。

Description

口内扫描仪

技术领域

本发明涉及口腔检测技术领域，尤其涉及一种口内扫描仪。

背景技术

现在口内扫描仪普及，医生通过口内扫描仪已经能很好地建立患者口内的三维模型和能准确地获得彩色实时动态扫描。扫描仪获得具体图像分为两步：首先，是用三维成像方法在单个位置采集到牙齿表面的三维数据点云；然后在口内相机移动过程中，不断将不同位置采集的三维数据叠加，最后形成完整的三维数据模型。

但是，在整个过程中，需要医生手持扫描探头，持续地探测口腔不同位点，在这过程中可能会引起几大问题：

一、难以精确的扫描口腔各位点，易造成重复扫描和盲区无法涉及的问题。且在医生手持扫描仪时，由于口腔内空间狭小、环境复杂(血液、唾液等对三维成像的影响)，易对患者造成伤害和降低扫描精度。

二、在手持探头的过程中，医生无法同时对患者进行进一步检查，准备后一步的操作，减慢了治疗的效率。且医生手部的主观条件会影响扫描仪的抓持，特别是重复或长时间的检测过程容易造成医生的疲劳，影响扫描结果。

三、人工手持无法重点和持续地扫描某个位置，医生在扫描的同时难以关注到扫描情况和结果，可能会造成多次扫描，从而降低扫描效率。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种口内扫描仪，用以解决现有口内扫描仪的精确度低、效率低的扫描检查的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

本发明技术方案中，一种口内扫描仪，口内扫描仪包括夹持装置、安装台、水平滑动组件、竖直滑动组件、方位调节组件、俯仰调节组件、测试主机和扫描仪探头；

夹持装置夹持固定扫描仪探头；夹持装置的底部与水平滑动组件的水平滑块通过连杆铰接；夹持装置的两侧均设有俯仰调节组件；俯仰调节组件与竖直滑动组件的竖直滑块连接；水平滑动组件的的水平滑轨和竖直滑动组件的竖直滑轨均与安装台滑动连接；安装台的底部与方位调节组件连接。

本发明技术方案中，夹持装置为长方体结构，包括：前板、后板、左板、右板和底板；

扫描仪探头的前端穿过前板上设置的孔，扫描仪探头的后端通过后板上设置的固定装置与后板连接；扫描仪探头的轴线与前板和后板均垂直；左板和右板的外侧均设有俯仰调节组件；

底板通过连杆与水平滑块连接，且连杆的摆动面与夹持装置的中轴面平行或重合。

本发明技术方案中，俯仰调节组件包括俯仰舵机和俯仰连接件；俯仰舵机与夹持装置的固定连接；俯仰连接件连接俯仰舵机的输出端和竖直滑块。

本发明技术方案中，安装台包括水平部和竖直部；

水平部设有竖直滑轨滑槽，竖直滑轨沿竖直滑轨滑槽水平滑动；竖直部设有水平滑轨滑槽，水平滑轨沿水平滑轨滑槽竖直滑动。

本发明技术方案中，水平滑轨和竖直滑轨滑槽均与扫描仪探头的轴线平行或重合。

本发明技术方案中，方位调节组件包括方位舵机和方位连接件；

水平部的底面与方位舵机固定连接；方位连接件连接方位舵机的输出端和口内扫描仪的安装载体。

本发明技术方案中，口内扫描仪的安装载体为水平气动导轨。

本发明技术方案中，口内扫描仪还设有压力传感器。

本发明技术方案中，压力传感器设有减压弹簧，减压弹簧的一端与安装台连接，另一端与夹持装置连接。

本发明技术方案中，测试主机与扫描仪探头之间电连接；测试主机控制水平滑动组件、竖直滑动组件、方位调节组件和俯仰调节组件运转。

本发明技术方案至少能够实现以下效果之一：

1、本发明将夹持装置以滑动的形式安装在导轨上，并在其下部配合旋转电机，在设置好速度和方位下，扫描探头在口内、全方位匀速运转；

2、本发明在口内扫描仪缓慢前进的过程中，因速度平稳且缓慢，在弹簧的缓冲下，即使触碰到舌部、颊部和唇部，也能减轻对其的伤害，并通过压力传感器，及时改变探测方向；

3、本发明结构简单，各组件的获取或加工简单方便，全装置采取普通易获原料，生产成本和维护成本较低。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明实施例的立体图；

图2为本发明实施例的主视图；

图3为本发明实施例的左视图；

图4为本发明实施例的右视图；

图5为本发明实施例的后视图；

图6为本发明实施例的俯视图；

图7为本发明实施例的仰视图。

附图标记：

1-扫描仪探头；2-夹持装置；3-竖直滑轨；4-竖直滑块；5-水平滑轨；6-水平滑块；7-俯仰舵机；8-方位舵机；9-水平气动导轨；10-减压弹簧。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接可以是机械连接，也可以是电连接可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

全文中描述使用的术语“顶部”、“底部”、“在……上方”、“下”和“在……上”是相对于装置的部件的相对位置，例如装置内部的顶部和底部衬底的相对位置。可以理解的是装置是多功能的，与它们在空间中的方位无关。

目前口腔医生在治疗前，了解患者口腔情况时，都是手持与电脑设备相连的口内扫描仪，先把保护头取下，更换消毒过的扫描头(扫描头内没有导热片和反光镜片)，然后，医生先对于上牙，进行从对牙合牙的最后一颗牙位的扫描，从牙合面开始，一直到前牙，再从前牙的舌侧外回扫描，注意和牙合面相连接，从舌侧扫描完毕后缓缓转入到唇颊侧，一直扫描到前牙，最后检查需要补扫的地方，再进行下牙的扫描：围绕着基牙扫描一遍使边缘清晰可见，转移到基牙后方，扫描牙合面，同时慢慢转移到颊侧，扫描颊侧，之后扫描同牙的舌侧，再转移口内扫描仪到基牙前端的前牙牙合面，环绕着前牙扫描唇侧和舌侧，直至扫描完毕。在口内扫描仪移动扫描的整个过程中，需要医生保持缓慢、稳定的速度，如果扫描速度过快、抖动、扫描头焦距不对时扫描仪都会停止扫描，需要重新扫描，降低了扫描效率。同时，因扫描过程复杂，容易造成没有扫描完全的结果，需要多次重复扫描获取精确结果，降低了扫描的效率。另一方面，在扫描时需要避免舌部、颊部和唇部的干扰，医生需用口腔镜、棉签和戴手套的手指来进行辅助扫描，会对患者造成伤害和产生不好的就医体验。

目前医生大多使用手持式口内扫描仪时扫描患者口腔以获取口腔情况，针对扫描精度不高和效率较低等问题，本发明设计一种口内扫描仪的抓持装置与反馈控制系统，通过直线电动机、旋转电机、夹持装置、导轨和传感器等装置实现口内扫描自动化。该仪器能够通过抓持装置的固定及反馈系统的调节作用，极大地解放医生双手，避开医生的手部技能和和熟练度等人为因素的影响，并提高安全性能和扫描效率，从而提高口腔治疗效率。

本发明实施例提供了一种口内自动扫描仪，是通过压力传感器与导轨的相互配合，在电机的带动下，配合旋转电机全方面进行匀速且缓慢的探测活动，在确保病人安全的前提下，实现口内扫描仪的精确、高效的扫描检查。

为了实现精确扫描，扫描过程需保持缓慢、稳定的速度，所以将夹持装置2以滑动的形式安装在导轨上，并在其下部配合旋转电机，在设置了合适的速度和方位下，扫描探头在口内、全方位匀速运转。且在夹持装置2中设置适当的孔径大小和固定装置，保证扫描仪的安装安全和稳定运作。

在狭小、复杂的口腔环境中，为了避免扫描探头对舌部、颊部和唇部的伤害，所以设置了压力传感器来保证以上部位的安全。在口内扫描仪缓慢前进的过程中，因速度平稳且缓慢，在弹簧的缓冲下，即使触碰到以上区域，也能减轻对其的伤害，并通过压力传感器，及时改变探测方向。

而底座与直线电机的连接，在提供动力的同时，确保整个装置的稳定运行，避免出现重心不稳的现象。且整个装置的动力来源是电机与开关和导线相互连接，打开电源，便能实现整个装置的全自动运转。在此基础上将口内扫描仪与电机用导线连接，完成扫描到移动的全过程自动运转。底座和电机可在普通商店购买获得。全装置采取普通易获原料，在成本方面也具有可实现性。

为了方便说明，本发明实施例中：当口内扫描仪放置在水平面上、处于复位后的初始状态时，扫描仪探头1的前端指向的方向为口内扫描仪的前方，相反方向为后方，此时，上下方向，对应口内扫描仪的上下；扫描仪探头1的轴线水平，扫描仪探头1的中轴面为经过扫描仪探头1的轴线的竖直参考平面。

如图1至图7所示，具体的，本发明实施例提供了一种口内扫描仪，口内扫描仪包括夹持装置2、安装台、水平滑动组件、竖直滑动组件、方位调节组件、俯仰调节组件、测试主机和扫描仪探头1；夹持装置2夹持固定扫描仪探头1；夹持装置2的底部与水平滑动组件的水平滑块6通过连杆铰接；夹持装置2的两侧均设有俯仰调节组件；俯仰调节组件与竖直滑动组件的竖直滑块4连接；水平滑动组件的的水平滑轨5和竖直滑动组件的竖直滑轨3均与安装台滑动连接；安装台的底部与方位调节组件连接。本发明实施例中，夹持装置2固定扫描仪探头1，水平滑动组件用于将扫描仪探头1前后移动，竖直滑动组件用于将扫描仪探头1上下移动，方位调节组件用于绕竖直的轴线调整扫描仪探头1的方位角，俯仰角调节组件用关于绕垂直与扫描仪探头1中轴面的轴线调整扫描仪探头1的俯仰角。水平滑动组件和竖直滑动组件能够使扫描仪探头1在其中轴面内各个位置平移，方位调节组件和俯仰调节组件能够使扫描仪探头1在空间朝向各个方向，从而实现口内扫描仪对牙齿的全部扫描。

由于本发明实施例以正交的水平和竖直方向来将扫描仪探头1的移动进行分解，本发明实施例中，夹持装置2为长方体结构，包括：前板、后板、左板、右板和底板；扫描仪探头1的前端穿过前板上设置的孔，扫描仪探头1的后端通过后板上设置的固定装置与后板连接；扫描仪探头1的轴线与前板和后板均垂直；左板和右板的外侧均设有俯仰调节组件。通过将夹持装置2设置为长方体，方便了将水平滑动组件、竖直滑动组件、方位调节组件、俯仰调节组件均设置为在空间内正交的形式，从而在不影响运动功能的前提下简化了结构的复杂程度。为了方便通过夹持装置2来反应扫描仪探头1的姿态，扫描仪探头1的轴线穿过前板和后板的中心

本发明实施例通过俯仰调节组件来调整扫描仪探头1的俯仰角度，具体的，俯仰调节组件包括俯仰舵机7和俯仰连接件；俯仰舵机7与夹持装置2的固定连接；俯仰连接件连接俯仰舵机7的输出端和竖直滑块4。当竖直滑块4保持不动时，俯仰舵机7转动，使得夹持装置2进行俯仰转动，而夹持装置2扫描仪探头1相对固定，所以扫描仪探头1也能进行俯仰转动。

考虑到本发明实施例实际上为4自由度的结构，需要避免4种运动形式的互相干涉，本发明实施例中，安装台包括水平部和竖直部；水平部设有竖直滑轨滑槽，竖直滑轨3沿竖直滑轨滑槽水平滑动；竖直部设有水平滑轨滑槽，水平滑轨5沿水平滑轨滑槽竖直滑动；底板通过连杆与水平滑块6连接，且连杆的摆动面与夹持装置2的中轴面平行或重合。考虑到方位调节组件的作用对象是安装台，所以可能发生运动干涉的结构为水平滑动组件、竖直滑动组件和俯仰调节组件；在进行扫描仪探头1的水平移动时，为了使竖直滑轨3不干涉水平移动，竖直滑轨3在竖直滑轨滑槽内随水平滑块6一同水平移动，相应地，在进行扫描仪探头1的竖直移动时，水平滑轨5在水平滑轨滑槽内随竖直滑块4一同竖直移动，如此，平滑动组件和竖直滑动组件不再发生运动干涉。由于连杆的设置，当扫描仪探头1进行俯仰转动时，底板与水平滑块6之间不会发生运动干涉，而由于俯仰调节组件连接夹持装置2和竖直滑动组件，所以二者也不会发生运动干涉。综上，本发明实施例通过竖直滑轨滑槽、水平滑轨滑槽、和连杆，避免了运动形式之间的运动干涉。

由于方位调节组件的作用对象是安装台，因此方位调节组件相对与另外三个组件独立设置，具体的，本发明实施例中，方位调节组件包括方位舵机8和方位连接件；水平部的底面与方位舵机8固定连接；方位连接件连接方位舵机8的输出端和口内扫描仪的安装载体。口内扫描仪的安装载体可以为口内扫描仪的外壳、支架或安装平台。

为了使口内扫描仪能够大范围地粗调其位置，本发明实施例中，口内扫描仪的安装载体为水平气动导轨9，水平气动导轨9的滑块与方位调整组件固定连接，水平气动导轨9的其他部件与口内扫描仪的外壳、支架或安装平台固定连接。

当扫描仪探头1误触到口腔内的牙齿等组织器官时，很容易对口腔造成损伤，为了避免上述情况发生，本发明实施例中，口内扫描仪还设有压力传感器，压力传感器设有减压弹簧10，减压弹簧10的一端与安装台连接，另一端与夹持装置2连接，夹持装置2与压力传感器连接，压力传感器中固定有减压弹簧10，并与和旋转电机上端的导轨共同组成弹性复位装置，通过压力传感器与导轨的相互配合，在电机的带动下，配合旋转电机全方面进行匀速且缓慢的探测活动，在口内扫描仪缓慢前进的过程中，因速度平稳且缓慢，在弹簧的缓冲下，即使触碰到以上区域，也能减轻对其的伤害，并通过压力传感器，及时改变探测方向。

本发明实施中，测试主机与扫描仪探头1之间电连接；测试主机控制水平滑动组件、竖直滑动组件、方位调节组件和俯仰调节组件运转。针对测试主机的硬件结构，本发明实施例中，硬件有入门级51单片机作为核心控制器，微型力敏传感器，intel-i7处理器计算机。微型力敏传感器位于扫描仪夹持部位，感应扫描仪探头1与口腔接触压力情况，并将数据传入计算机中；同时扫描仪口腔扫描数据通过接口传入计算机中。在计算机中用Python编写的数据处理算法对两类数据分别处理。反馈控制系统算法主要有三个，分别是预先轨迹算法接触性扫描预先轨迹算法和非接触性扫描预先轨迹算法，微调轨迹算法，应急算法。预先轨迹算法是依据人工传统扫描牙模得到轨迹数据进行大数据分析出来的。微调轨迹算法作用为通过计算机处理口腔扫描仪数据后得到的探头位置来修正预先轨迹算法。应急算法：当探头与口腔猛烈碰触时到达微型力敏传感器阈值，应急算法紧急修正轨迹，减轻对患者的伤害。

自动扫描流程：确定探头与牙齿的最佳距离，设为perdistance；确定探头与牙齿以及周围口腔组织的警戒距离，设为wardistance,设定两个距离是为了留出反馈时间，防止探头与患者牙齿或者口腔组织发生剧烈碰撞。为方便描述，定义上排牙齿内侧为上内，上排牙齿顶部为上顶，上排牙齿外部为上外，下排牙齿类推。探头进入患者口腔，扫描仪开始反馈坐标数据，计算机接受数据并处理，程序初始化。探头持续缓慢左移并前移，探头与口腔组织接触直至达到微型力敏传感器阈值，此时探头到达扫描轨迹起始位置。根据临床手持扫描仪扫描的顺序和人类口腔形状，可以设计出接触性扫描预先轨迹算法和非接触性扫描预先轨迹算法。扫描分为六轮，六轮为一个周期。其中包括两轮接触性扫描和四轮非接触性扫描，先非接触性扫描，再接触性扫描。在非接触性扫描中，探头扫描对象主要是上内，上顶，下内，下顶；在接触性扫描中，探头扫描对象主要是上外和下外。探头开始扫描，扫描仪数据接口传出的数据输入计算机，计算机处理原始数据后得到探头的三维位置数据并结合预先轨迹算法输出轨迹控制数据到单片机中，单片机处理轨迹数据控制机械臂移动。在扫描中对现有位置数据计算出探头与牙齿的实际距离，将实际距离与perdistance和wardistance进行比较，逐渐修正探头扫描轨迹。若患者嘴部有移动，或者患者整个口腔结构与预设轨迹有较大不同，即会脱离perdistance，触发wardistance，此时根据微调轨迹算法就会自动调整移动轨迹，控制机械臂移动使探头达到达到最佳扫描位置。

反馈控制系统：在本反馈控制系统中，主要有两个反馈源，一是控制主要轨迹的扫描仪的口腔三维数据，二是控制应急事件的夹持装置2处的压力传感器。第一，在口腔扫描仪的激光算法中，我们可以获得探头与口腔组织的三维距离，又因为扫描仪自带数据接口，故可以利用其接口或得数据，从而获得探头的相对位置来校验微调探头扫描轨迹。第二，利用压力传感器对机械臂受力情况的感知，我们可以控制探头在进行接触性扫描时对患者口腔的挤压力度，提高舒适度，同时检测应急事件的发生。

在使用本发明实施例时：

先将扫描仪探头1与夹持装置2，将扫描仪探头1复位至初始位置，接通电源，打开开关，将扫描仪探头1置于患者的口腔内部，在减压弹簧10和水平滑动组件、竖直滑动组件、方位调节组件、俯仰调节组件的共同作用下对患者的口腔内部进行全面、精确的口内扫描。

综上所述，本发明提供了一种口内扫描仪，本发明将夹持装置2以滑动的形式安装在导轨上，并在其下部配合旋转电机，在设置了合适的速度和方位下，扫描探头在口内、全方位匀速运转；本发明在口内扫描仪缓慢前进的过程中，因速度平稳且缓慢，在弹簧的缓冲下，即使触碰到舌部、颊部和唇部，也能减轻对其的伤害，并通过压力传感器，及时改变探测方向；本发明结构简单，部件要么是现有产品，要么及其方便加工，全装置采取普通易获原料，生产成本和维护成本较低。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种口内扫描仪，其特征在于，所述口内扫描仪包括夹持装置(2)、安装台、水平滑动组件、竖直滑动组件、方位调节组件、俯仰调节组件、测试主机和扫描仪探头(1)；

所述夹持装置(2)夹持固定扫描仪探头(1)；所述夹持装置(2)的底部与水平滑动组件的水平滑块(6)通过连杆铰接；所述夹持装置(2)的两侧均设有俯仰调节组件；所述俯仰调节组件与竖直滑动组件的竖直滑块(4)连接；所述水平滑动组件的的水平滑轨(5)和竖直滑动组件的竖直滑轨(3)均与安装台滑动连接；所述安装台的底部与方位调节组件连接。

2.根据权利要求1所述的口内扫描仪，其特征在于，夹持装置(2)为长方体结构，包括：前板、后板、左板、右板和底板。

3.根据权利要求1所述的口内扫描仪，其特征在于，所述俯仰调节组件包括俯仰舵机(7)和俯仰连接件；所述俯仰舵机(7)与夹持装置(2)的固定连接；所述俯仰连接件分别连接俯仰舵机(7)的输出端和竖直滑块(4)。

4.根据权利要求1所述的口内扫描仪，其特征在于，所述安装台包括水平部和竖直部；

所述水平部设有竖直滑轨滑槽，所述竖直滑轨(3)沿竖直滑轨滑槽水平滑动；所述竖直部设有水平滑轨滑槽，所述水平滑轨(5)沿水平滑轨滑槽竖直滑动。

5.根据权利要求4所述的口内扫描仪，其特征在于，所述水平滑轨(5)和竖直滑轨滑槽均与所述扫描仪探头(1)的轴线平行或重合。

6.根据权利要求4或5所述的口内扫描仪，其特征在于，所述方位调节组件包括方位舵机(8)和方位连接件；

所述水平部的底面与方位舵机(8)固定连接；所述方位连接件连接方位舵机(8)的输出端和口内扫描仪的安装载体。

7.根据权利要求1至6所述的口内扫描仪，其特征在于，所述口内扫描仪的安装载体为水平气动导轨(9)。

8.根据权利要求1所述的口内扫描仪，其特征在于，所述口内扫描仪还设有压力传感器。

9.根据权利要求8所述的口内扫描仪，其特征在于，所述压力传感器设有减压弹簧(10)，所述减压弹簧(10)的一端与安装台连接，另一端与夹持装置(2)连接。

10.根据权利要求1所述的口内扫描仪，其特征在于，所述测试主机与扫描仪探头(1)之间电连接；所述测试主机控制水平滑动组件、竖直滑动组件、方位调节组件和俯仰调节组件的运转。

Images