CN111616731A - 一种实现口内断层影像扫描系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种实现口内断层影像扫描系统和方法，属于口腔医疗器械技术领域；包括患者座位、运行轨道、X射线主机、显示器、快速响应型传感器、电动机械手臂、球管头、3D扫描摄像机和传感器拍摄支架；本发明通过合理设计，增加电动机械臂，摆脱了传统的牙医手动定位的缺陷，实现操作智能化；利用控制软件操作拍摄的位置，获得口内X射线数字影像的断层影像，提高图像质量，并可以获得反映患者牙齿内部解剖特征的深度信息，对牙齿植入和正畸治疗可以提供更优的治疗方案；本发明装置的电动机械臂可以通过软件控制，精确的定位到要拍摄的某颗牙齿，实现口腔治疗过程更加智能化，同时减少了患者的辐射负担，提高临床效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种实现口内断层影像扫描系统和方法，属于口腔医疗器械技术领域。
背景技术
目前市场上的牙科X射线放射成像(二维)系统仅仅提供二维图像信息，并不提供有关患者特殊的内部解剖特征(例如，牙根重叠、内部隐裂的形状)的深度信息；在使用牙科X射线系统为患者拍照牙齿时，操作流程复杂，完全依赖于医生手动定位拍摄牙齿的位置，会造成拍摄对位不准确。二维(2D)成像模式技术会导致叠加结构和深度维度空间信息的损失。
CBCT是Cone beam CT的简称，即锥形束CT；全角度CBCT是一种从多个投影图像中获取牙齿结构图像的方法，是通过将两个或多个单独的2D图像数据混合在一起，形成一个体积的X射线3D图像。医生可以在任意角度查看形成的3D图像，可以了解到患者病症的更多信息。因此，全角度CBCT作为一种三维(3D)成像方式在牙科领域得到了广泛的认可，如：牙科植入和正畸治疗规划，以及内畸和病理状况的评估方面。虽然全角度CBCT在3D成像方面功能很强大，但是在某些情况下，并不是所有的影像都需要实现全角度3D来诊断，而可以利用有限的角度来实现断层的影像，也可以看到患者牙齿的的重叠结构等病症。此外全角度CBCT还有几个缺点：(1)金属牙科修复/器具产生的伪影降低了图像质量；(2)大大提高了采集、改造和解释时间，降低了临床效率，增加了财务成本；(3)电离辐射剂量显著提高，患者的辐射负担增加。
发明内容
本发明的目的是为解决牙科X射线系统如何进行自动对位并利用有限的角度来实现口腔内断层影像的技术问题。
为达到解决上述问题的目的，本发明所采取的技术方案是提供一种实现口内断层影像扫描系统，包括患者座位、X射线主机、显示器、快速响应型传感器、电动机械手臂、球管头、3D扫描摄像机和传感器拍摄支架；所述X射线主机上连接有对应于患者座位的电动机械手臂，电动机械手臂远离X射线主机的末段设有球管头，球管头上方固定设有3D扫描摄像机；所述电动机械手臂远离X射线主机末端设有传感器拍摄支架，传感器拍摄支架设有球管头对位器和快速响应型传感器，快速响应型传感器与X射线主机设有的电脑显示器连接；所述3D扫描摄像机与X射线主机设有的电脑连接。
优选地，所述快速响应型传感器采集速度大于2帧/秒。
优选地，所述电动机械手臂设为至少4轴。
优选地，所述患者座位包括座椅、座椅高度调整手闸和头部定位凹槽；所述座椅设有座椅高度调整手闸，座椅上方设有固定患者头部位置的头部定位凹槽。
优选地，所述患者座椅可以进行+/-90度旋转。
优选地，所述X射线主机设有运行轨道；运行轨道设于地面上或者设于天花板上。
优选地，所述X射线主机设有驱动主机在运行轨道上移动的电动驱动马达。
优选地，所述传感器拍摄支架包括牙齿咬合位置、球管头对位器和支架中心对位标记；传感器拍摄支架靠近电动机械手臂的一端设有中空环形的球管头对位器，球管头对位器设有用于X射线进入的球管头对位孔；所述传感器拍摄支架远离电动机械手臂的另一端设有对应于球管头对位孔的用于接受X射线的快速响应型传感器；所述球管头对位器的中空环形外周上设有用于影像聚焦定位的支架中心对位标记；所述球管头对位器和快速响应型传感器之间设有牙齿咬合位置。
本发明还提供一种实现口内断层影像扫描系统的使用方法，包括以下步骤：
步骤1：患者就坐，通过座椅高度调整手闸调整患者的高度，并用头部定位凹槽固定患者头部，主机传送机械手臂到达患者的口腔高度；
步骤2：牙医在X射线主机上根据患者的情况，根据患者的性别与年龄来选择小孩，女人和男人；再输入要拍摄的牙位；
步骤3：机械手臂根据电脑传输过来的信息，通过电动驱动马达驱动，在地面或者天花板的轨道上移动，根据要拍摄的牙位，定位到患者的左边、右边或中间位置；
步骤4：根据需求确认牙齿的具体牙位，机械手臂进行自动角度定位，通过初始点的高度信息，把机械臂抬升到牙齿左上，右下，右上，左下等各个角度的位置；
步骤5：为进行断层放射治疗系统断层影像拍摄，医生需要在软件上输入拍摄的移动角度与拍摄图像的张数；将传感器放置到传感器支架上，并放入患者口中；
步骤6：电动机械臂上的3D扫描摄像机的机器视觉通过寻找传感器拍摄支架上设备的对应标记寻找要拍摄牙齿的准确位置；3D扫描摄像机把支架上的标记相对于球管头x、y与z轴的距离测量信息传输到电脑上；根据医生在软件输入的移动角度与拍摄图像的张数，确定移动的范围与角度，球管头根据需求控制并移动到特定的位置；
步骤7：对准位置并且确定了角度以后；球管头开始发射X射线，以拍摄的牙齿为扇形的移动中心，开始水平移动扫描拍摄牙齿；
步骤8：传感器将X射线图像数据直接提供到成像系统中，并且呈现在电脑的显示屏幕上。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
本发明通过合理的设计，通过有限的角度扫描拍摄获得断层影像，避免了二维(2D)图像损失空间信息的影响以及目前全角度三维(3D)图片图像质量低、财务成本高、辐射强等问题。通过增加电动机械臂，摆脱传统的牙医手动定位的缺陷，实现操作智能化；通过控制软件，操作拍摄的位置，获得口内X射线数字影像的断层影像，提高图像质量，获得反映患者牙齿内部解剖特征的深度信息，对牙齿植入和正畸治疗可以提供更优的治疗方案；本发明装置的电动机械臂可以通过软件控制，精确的定位到要拍摄的某颗牙齿，实现口腔治疗过程更加智能化，同时减少了患者的辐射负担，提高临床效率。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明显示器操作台结构示意图；
图3为本发明传感器拍摄支架结构示意图；
图4为本发明传感器拍摄支架的牙齿咬合位置位于口腔时的示意图；
图5为本发明传感器拍摄支架的球管头对位器结构示意图；
图6为本发明球管头自动对位并利用有限的角度来实现口腔内断层影像的示意图；
附图标记：1.座椅 2.座椅高度调整手闸 3.头部定位凹槽 4.X射线主机 5.运行轨道 6.机械手臂 7.球管头 8.3D扫描摄像机 9.传感器拍摄支架 10.快速响应型传感器11.牙齿咬合位置 12.支架中心对位标记 13.球管头对位孔 14.显示器 15.电动驱动马达16.球管头对位器 17.图像切片 18.牙齿；
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下：
如图1-6所示，本发明提供一种基于多轴电动机械臂的牙科X射线机系统，包括患者座位、X射线主机4、显示器14、快速响应型传感器10、机械手臂6、球管头7、3D扫描摄像机8和传感器拍摄支架9；X射线主机4上连接有对应于患者座位的机械手臂6，机械手臂6远离X射线主机4的末段设置有球管头7，球管头7上方连接有3D扫描摄像机8；机械手臂6远离X射线主机4末端设置有传感器拍摄支架9，传感器拍摄支架9设置有球管头对位器16和快速响应型传感器10，快速响应型传感器采集速度大于2帧/秒；快速响应型传感器10与X射线主机4设有的显示器14连接；3D扫描摄像机8与X射线主机4设有的显示器14连接。患者座位包括座椅1、座椅高度调整手闸2和头部定位凹槽3；座椅1上设置有座椅高度调整手闸2，座椅1上方设置有固定患者头部位置的头部定位凹槽3。患者座椅可以进行+/-90度旋转。X射线主机还可以设置安装有运行轨道5；运行轨道5设置于地面上或者设置于天花板上。X射线主机4设置有驱动主机4在运行轨道5上移动的电动驱动马达15。传感器拍摄支架9包括牙齿咬合位置11、快速响应型传感器10、球管头对位器16和支架中心对位标记12；传感器拍摄支架9靠近机械手臂的一端设置有中空环形的球管头对位器16，球管头对位器16设置有用于X射线进入的球管头对位孔13；传感器拍摄支架9远离机械手臂的另一端设置有对应于球管头对位孔13的用于接受X射线的快速响应型传感器10；球管头对位器16的中空环形外周上设有用于影像聚焦定位的支架中心对位标记12；球管头对位器16和传感器10之间设置有牙齿咬合位置11。
本发明在现有的设备上，把传统的牙科X射线机系统的支架改为机械手臂，简化了治疗过程中的操作流程，利用电脑软件控制机械臂的移动位置与角度，在机械手臂上增加的3D扫描摄像机，可以进一步精确定位拍照的角度，将传感器固定到传感器拍摄支架上，启动机械臂电源开关，本发明系统将拍摄角度提前传输到设备中，医生只需在门外操作电脑里的软件，输入指示命令(人的性别、年龄、射线剂量、牙齿位置)，机械手臂就会带动球管头移动到合适的位置拍摄理想的牙齿图片。机械手臂会先根据拍摄患者牙齿的左边、右边或中间位置，来对应的移动机械臂是在患者的左边、右边或中间位置。然后3D扫描摄像机的距离感应装置会根据电脑显示的图像的界面，移动到合适的位置，3D扫描摄像机移动到固定传感器拍摄支架的距离为2-4cm的位置，直到显示屏上的图像为理想图像位置，再进行扫描拍摄。
本发明在操作过程中首先将传感器放入患者的口内，位于牙齿的内侧，3D摄像机寻找和捕获牙齿拍摄的准确位置，通过寻找传感器拍摄支架上设备的对应标记并进行空间位置的确认，通过3D扫描摄像机把支架上的标记相对于球管头x、y与z轴测量信息传输到电脑上，根据预设的正常可用的X\Y\Z轴进行自动调整电动机械臂的相对位置。最终达到对位到距离支架2-4cm的位置；对准要拍摄的牙齿18后，以此指定牙齿18为扇形移动的中心，根据设定的移动范围与角度水平移动扫描拍摄牙齿18，进行TOMO影像的拍摄，形成断层影像图像切片17。
3D扫描摄像机：3D扫描摄像机内部的机器视觉装置，可以定位捕获到传感器之间上的对位标记，3D扫描摄像机把支架上的标记相对于球管头x、y与z轴测量的信息传输到电脑上，根据医生输入的拍摄的牙位，控制球管头的活动轨迹。
球管头：为X射线源提供装置，可以提供单个脉冲或一系列脉冲，以便提供特定的合适的曝光条件而变化的脉冲宽度，可以根据要拍摄的牙位提供相应计量的X射线，
传感器：为数字探测器，放入病人口内，接收辐射提供图像内容，为了满足断层合成成像的要求，此传感器具有快速响应时间，至少可以达到2帧/秒以上速度采集。该成像传感器可以使用相对能量集成产生的图像内容，将X射线图像的数据直接提供给成像系统。
本发明所提供的一种实现口内断层影像扫描系统的使用方法，包括以下步骤：
步骤1：患者就坐，通过座椅高度调整手闸2调整患者的高度，并用头部定位凹槽3固定患者头部，主机传送机械手臂6到达患者的口腔高度；
步骤2：牙医在X射线主机4显示器上根据患者的情况，根据患者的性别与年龄来选择小孩，女人和男人；再输入要拍摄的牙位；
步骤3：机械手臂6根据电脑传输过来的信息，通过电动驱动马达15驱动，在地面或者天花板的轨道5上移动，根据要拍摄的牙位，定位到患者牙齿18的左边、右边或中间位置；
步骤4：根据需求确认牙齿18的具体牙位，机械手臂6进行自动角度定位，通过初始点的高度信息，把机械臂6抬升到牙齿18左上，右下，右上，左下等各个角度的位置；
步骤5：为进行断层影像拍摄，医生需要在软件上输入拍摄的移动角度与拍摄图像的张数；将传感器10放置到传感器支架9上，并放入患者口中；
步骤6：电动机械臂6上的3D扫描摄像机8的机器视觉通过寻找传感器拍摄支架9上设备的对应标记12寻找要拍摄牙齿18的准确位置；3D扫描摄像机8把支架上的标记12相对于球管头7的x、y与z轴的距离测量信息传输到电脑上；根据医生在软件输入的移动角度与拍摄图像的张数，确定移动的范围与角度，球管头根据需求控制并移动到特定的位置；
步骤7：对准位置并且确定了角度以后；球管头开始发射X射线，以拍摄的牙齿为扇形的移动中心，开始水平移动扫描拍摄牙齿；
步骤8：传感器将X射线图像数据直接提供到成像系统中，并且呈现在电脑的显示屏幕上，获得图像切片17。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。
Claims (9)
1.一种实现口内断层影像扫描系统，其特征在于：包括患者座位、X射线主机、显示器、快速响应型传感器、电动机械手臂、球管头、3D扫描摄像机和传感器拍摄支架；所述X射线主机上连接有对应于患者座位的电动机械手臂，电动机械手臂远离X射线主机的末段设有球管头，球管头上方固定设有3D扫描摄像机；所述电动机械手臂远离X射线主机末端设有传感器拍摄支架，传感器拍摄支架设有球管头对位器和快速响应型传感器，快速响应型传感器与X射线主机设有的电脑显示器连接；所述3D扫描摄像机与X射线主机设有的电脑连接。
2.如权利要求1所述的一种实现口内断层影像扫描系统，其特征在于：所述快速响应型传感器采集速度大于2帧/秒。
3.如权利要求2所述的一种实现口内断层影像扫描系统，其特征在于：所述电动机械手臂设为至少4轴。
4.如权利要求3所述的一种实现口内断层影像扫描系统，其特征在于：所述患者座位包括座椅、座椅高度调整手闸和头部定位凹槽；所述座椅设有座椅高度调整手闸，座椅上方设有固定患者头部位置的头部定位凹槽。
5.如权利要求4所述的一种实现口内断层影像扫描系统，其特征在于：所述患者座椅可以进行+/-90度旋转。
6.如权利要求5所述的一种实现口内断层影像扫描系统，其特征在于：所述X射线主机设有运行轨道；运行轨道设于地面上或者设于天花板上。
7.如权利要求6所述的一种实现口内断层影像扫描系统，其特征在于：所述X射线主机设有驱动主机在运行轨道上移动的电动驱动马达。
8.如权利要求7所述的一种实现口内断层影像扫描系统，其特征在于：所述传感器拍摄支架包括牙齿咬合位置、球管头对位器和支架中心对位标记；传感器拍摄支架靠近电动机械手臂的一端设有中空环形的球管头对位器，球管头对位器设有用于X射线进入的球管头对位孔；所述传感器拍摄支架远离电动机械手臂的另一端设有对应于球管头对位孔的用于接受X射线的快速响应型传感器；所述球管头对位器的中空环形外周上设有用于影像聚焦定位的支架中心对位标记；所述球管头对位器和快速响应型传感器之间设有牙齿咬合位置。
9.一种实现口内断层影像扫描系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：患者就坐，通过座椅高度调整手闸调整患者的高度，并用头部定位凹槽固定患者头部，主机传送机械手臂到达患者的口腔高度；
步骤2：牙医在X射线主机上根据患者的情况，根据患者的性别与年龄来选择小孩，女人和男人；再输入要拍摄的牙位；
步骤3：机械手臂根据电脑传输过来的信息，通过电动驱动马达驱动，在地面或者天花板的轨道上移动，根据要拍摄的牙位，定位到患者的左边、右边或中间位置；
步骤4：根据需求确认牙齿的具体牙位，机械手臂进行自动角度定位，通过初始点的高度信息，把机械臂抬升到牙齿左上，右下，右上，左下等各个角度的位置；
步骤5：为进行断层影像拍摄，医生需要在软件上输入拍摄的移动角度与拍摄图像的张数；将传感器放置到传感器支架上，并放入患者口中；
步骤6：电动机械臂上的3D扫描摄像机的机器视觉通过寻找传感器拍摄支架上设备的对应标记寻找要拍摄牙齿的准确位置；3D扫描摄像机把支架上的标记相对于球管头x、y与z轴的距离测量信息传输到电脑上；根据医生在软件输入的移动角度与拍摄图像的张数，确定移动的范围与角度，球管头根据需求控制并移动到特定的位置；
步骤7：对准位置并且确定了角度以后；球管头开始发射X射线，以拍摄的牙齿为扇形的移动中心，开始水平移动扫描拍摄牙齿；
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN112785905A (zh) * | 2021-02-20 | 2021-05-11 | 侯志明 | 口腔正畸面像摄影训练仪及训练方法 |
| CN114343905A (zh) * | 2021-12-08 | 2022-04-15 | 武汉理工大学 | 一种牙科数字化远程三维扫描系统及装置 |
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- 2020-05-08 CN CN202010380846.8A patent/CN111616731A/zh active Pending
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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