CN113367829A - 一种基于超声波的牙齿检测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

一种基于超声波的牙齿检测系统，包括排泄系统、定位系统、控制系统；所述定位系统包括固定块，所述固定块一端连接排泄通道，两侧均设置伸缩杆，所述伸缩杆连接微型气缸，所述微型气缸设置于固定块内部。通过超声波对牙齿进行检测，利用超声波在预设时间内的超声波的位移量，确定牙齿的中裂缝区域的体积，通过牙齿三维模型结合裂缝区域的几何数据，确定在牙齿模型中的裂缝区域所处的位置，从而建立最终的牙齿的实时模型。通过此方式对牙齿进行彻底性检测，全过程相对于传统的检测系统，不对人的细胞造成辐射性损害，而且设计简单、容易携带、体积小，检测时更加便捷，提供给用户更好的体验。

Description

一种基于超声波的牙齿检测系统及检测方法

技术领域

本发明涉及牙科领域，尤其涉及一种基于超声波的牙齿检测系统及检测方法。

背景技术

口腔作为消化系统的起始部位，因其温热潮湿的特定环境，高糖食物的频繁摄入和唾液的作用，成为口腔微生物赖以定植生存的重要生态区。目前，发现的口腔微生物已超过700种，包含细菌、真菌、病毒等，它们寄居在牙齿、舌、龈沟等口腔组织表面，其中细菌是口腔微生物的主体，主要附着在口腔微生物膜上，而微生物膜中菌群的失衡是诱发龋齿的主要原因。现阶段，人们越来越关注口腔健康状况以及注重口腔疾病的预防，然而早期的龋齿很难通过X线片，视诊法和触摸法发现。光学方法因其无电离辐射，评估牙釉质效果更好等优点，在早期龋损检测中受到广泛应用，包括定量光诱导荧光技术、光热辐射技术、光纤透照法等。因此，准确获取早期龋齿信息，及时有效的诊治不仅有利于口腔健康，也有利于全身健康。而现如今，光学在龋齿检测中也起到举足轻重的作用，光学方法虽然可以做到快速的诊断，是未来龋齿快速检测的方法之一，但是其空间分辨率和实时性并不高，因此检测过程中高度依赖图像的像素分析，因此，就此问题展开以下解决方案。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供了一种基于超声波的牙齿检测系统及检测方法。

为达上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明第一方面提供了一种基于超声波的牙齿检测系统，包括排泄系统、定位系统、控制系统；

所述排泄系统包括排泄通道，所述排泄通道为空腔设计，所述排泄通道侧部设置连接排泄管，所述排泄通道内部设置有旋转轴，所述旋转轴的两端均连接轴承，所述轴承固定于排泄通道；

所述定位系统包括固定块，所述固定块一端连接排泄通道，两侧均设置伸缩杆，所述伸缩杆连接微型气缸，所述微型气缸设置于固定块内部。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述伸缩杆还连接推块，所述推块的底端连接发射块，所述发射块连接感应块，所述感应块内设置有感应片。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述旋转轴上设置有若干螺旋片，所述螺旋片呈线性分布于所述旋转轴，且所述旋转轴的一端连接微型电机。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述发射块上设置有若干个细孔，所述细孔呈圆周阵列分布于所述发射块上。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述控制系统包括超声波发生器，所述超声波发生器一端连接控制器，另一端连接滤波器，所述滤波器连接发射块。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述感应片至少包括一个感应电极，所述感应电极用于接触牙齿外表面且接收感应块传达的力信号，而且所述感应片设置有接触牙齿外表面的参比电极，所述参比电极用于测量感应块变形的方向、感应块变形量一种或多种以上的组合。

本发明第二方面提供了一种基于超声波的牙齿检测方法，应用于任一所述的基于超声波的牙齿检测系统，包括以下步骤：

提取超声波反馈的特征信息；

根据所述的超声波反馈的特征信息得到检测结果；

若所述检测结果包含裂缝，则将该检测结果对应的牙齿区域为裂缝区域；

提取所有裂缝区域的特征点，建立特征向量信息；

根据特征向量信息确定缝隙的几何数据，所述几何数据包括裂缝的长度、裂缝的宽度、裂缝的高度，生成几何数据信息；

对所述几何数据信息建立裂缝三维模型，得到裂缝区域的三维立体模型，生成模型信息；

将所述的模型信息传输至检测终端。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，提取超声波反馈的特征信息，包括：

对所述超声波反馈的特征信息进行滤波处理，并生成特征信息，若所述特征信息中，在预设时间内显现振幅大幅变化情况，则表明牙齿内部具有裂缝。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述根据特征向量信息确定缝隙的几何数据，具体满足：

其中v为声速，LZ为第z个超声位移量，tZ为第z个测点的声时读数，t0为初始时刻，A为修正系数，A的取值取决于介质的类型。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，还包括：

采集感应片的变形量、感应片所受到的牙齿各个部位中的力的方向、力的作用点、力的大小；

根据所述感应片的变形量建立牙齿三维模型，得到牙齿模型信息；

通过所述的牙齿模型信息与几何数据确定所述裂缝区域在牙齿中所处的位置；

获得所述牙齿三维模型与所述裂缝三维模型结合后的具体模型，得到结合模型信息；

将结合后的模型信息传输至检测终端。

本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：本发明通过超声波对牙齿进行检测，利用超声波在预设时间内的超声波的位移量，确定牙齿的中裂缝区域的体积，同时采用感应片上产生的变形量、感应片所受到的力的大小、力的方向、力的作用点，进一步结合裂缝区域的几何数据，确定在牙齿模型中的裂缝区域所处的位置，从而建立最终的牙齿的实时模型。通过此方式对牙齿进行彻底性检测，全过程相对于传统的检测系统，不对人的细胞造成辐射性损害，而且设计简单、容易携带、体积小，检测时更加便捷，提供给用户更好的体验。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。

图1示出了装置的整体结构示意图；

图2示出了排泄系统的结构示意图；

图3示出了定位系统的结构示意图；

图4示出了感应片系统的结构示意图；

图5示出了检测裂缝的方法流程图；

图6示出了建立实时牙齿模型的具体方法流程图；

图中：

1.排泄系统，2.定位系统，3.控制系统，101.排泄通道，102.排泄管，103.旋转轴，104.轴承，105.螺旋片，106.微型电机，201.固定块，202.伸缩杆，203.微型气缸，204.推块，205.发射块，206.感应块，207.感应片，2071.感应电极，301.超声波发生器，302.控制器，303.滤波器。

具体实施方式

为了能够更加清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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；可以直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例一：

本发明第一方面提供了一种基于超声波的牙齿检测系统，包括排泄系统1、定位系统2、控制系统3；

所述排泄系统1包括排泄通道101，所述排泄通道101为空腔设计，所述排泄通道101侧部设置连接排泄管102，所述排泄通道101内部设置有旋转轴103，所述旋转轴103的两端均连接轴承104，所述轴承104固定于排泄通道101；所述旋转轴103上设置有若干螺旋片105，所述螺旋片105呈线性分布于所述旋转轴103，且所述旋转轴103的一端连接微型电机106。需要说明的是，在使用超声波检测牙齿前，超声波容易受到牙齿的其他杂质对其的影响，其中的超声波在不同的介质中，传播的速度不一致。因此，首先利用超声波的具备的清洗功能，利用超声波发生器连接在排泄通道101中，超声波发生器发出不同与检测频率的超声波对牙齿的表面以及内部进行清洗，清洗了一段时间后，并通过排泄管102与大气压形成负压，进而将牙齿中的物质从牙齿表面或者内部裂缝中的多物质吸附进排泄通道中，再进一步利用微型电机106带动旋转轴进行旋转，从而螺旋片105进行旋转，将被吸附的物质在排泄通道经过螺旋叶105被旋转至排泄管，一方面防止排泄管经过长时间使用造成的堵塞，另一方面能够对排泄管进行及时的清洗，对排泄通道能够进行使用后的及时消毒、清洗等便捷功能。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述定位系统2包括固定块201，所述固定块201一端连接排泄通道101，两侧均设置伸缩杆202，所述伸缩杆202连接微型气缸203，所述微型气缸203设置于固定块201内部。所述伸缩杆202还连接推块204，所述推块204的底端连接发射块205，所述发射块205连接感应块206，所述感应块206内设置有感应片207。需要说明的是，首先使用感应块对需要检测的牙齿进行检测，利用微型气缸203推动伸缩杆202，从而使得发射块205与被测牙齿的侧面进行贴合，利用超声波发生器发出的超声波，使得超声波进入到发射块205中，对牙齿进行整体检测。感应片207在贴合牙齿时，感应块206受到牙齿的压力，具有特定的方向性，选择固定块201的中心位置为参考点，结合超声波在三维空间上所测出的超声波位移量，具体到三维空间中的位置点，结合发射块206受到的在三维空间中力的方向，进一步确定该牙齿的外部模型、牙齿内的裂缝模型，从而得出牙齿的实时模型，进而使医护人员对实时的模型进行分析，得出修复牙齿的具体方案。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述发射块205上设置有若干个细孔，所述细孔呈圆周阵列分布于所述发射块上。所述感应片207至少包括一个感应电极2071，所述感应电极2071用于接触牙齿外表面且接收感应块207传达的力信号，而且所述感应片207设置有接触牙齿外表面的参比电极，所述参比电极用于测量感应块207变形的方向、感应块207变形量一种或多种以上的组合。需要说明的是，发射块205上设置有多个细孔，利用多个细孔，可以随时调控超声波发出的声波范围，根据牙齿的高度、牙齿的体积等因素，避免其他因素对检测结果的影响，从而提高检测的精度。其中感应块206设置为一层具有弹性的材料，如硅橡胶、聚合物等材料，利用弹性材料内部设置的压力传感器来获取感应块206上受到牙齿挤压的力的大小、力的方向、力的作用点。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述控制系统包括超声波发生器301，所述超声波发生器301一端连接控制器302，另一端连接滤波器303，所述滤波器303连接发射块205。需要说明的是，经过滤波器303对反射的超声波进行滤波作用，在不同介质中，超声波在控制器302显现出的振幅都不一致，如在牙齿表面的牙肉和在牙齿中的超声波的传递的速度不一致，而且对不同介质中的波形进行单独处理，使得检测数据经过滤波后更加准确。

综上所述，本发明通过超声波对牙齿进行检测，利用超声波在预设时间内的超声波的位移量，确定牙齿的中裂缝区域的体积，同时采用感应片上产生的变形量、感应片所受到的力的大小、力的方向、力的作用点，进一步结合裂缝区域的几何数据，确定在牙齿模型中的裂缝区域所处的位置，从而建立最终的牙齿的实时模型。通过此方式对牙齿进行彻底性检测，全过程相对于传统的检测系统，不对人的细胞造成辐射性损害，而且设计简单、容易携带、体积小，检测时更加便捷，提供给用户更好的体验。

本发明第二方面提供了一种基于超声波的牙齿检测方法，应用于任一所述的基于超声波的牙齿检测系统，包括以下步骤：

S102:提取超声波反馈的特征信息；

S104:根据所述的超声波反馈的特征信息得到检测结果；

S106:若所述检测结果包含裂缝，则将该检测结果对应的牙齿区域为裂缝区域；

S108:提取所有裂缝区域的特征点，建立特征向量信息；

S110:根据特征向量信息确定缝隙的几何数据，所述几何数据包括裂缝的长度、裂缝的宽度、裂缝的高度，生成几何数据信息；

S112:对所述几何数据信息建立裂缝三维模型，得到裂缝区域的三维立体模型，生成模型信息；

S114:将所述的模型信息传输至检测终端。

需要说明的是，首先，控制器提取超声波反馈的特征信息，其中特征信息包括在一段时间内反馈的位移量、反馈的时间等，当检测结果中包含有裂缝，在一段时间内，在超声波经过感应块的发送端至接收端时，出现断续的情况，这种断续的情况可以分到一次或者多次，次数越多代表牙齿内的裂缝越多，反射的断续的时间间隔越久代表裂缝越大。在三维空间中，提取间隔时间内的初始位置点与间隔时间内的末端位置点，此过程可以理解为传播介质发生改变，从而导致传播的间隔时间在某一段位移中，传播的速度发生大幅度的改变，而且在传播的过程中是裂缝，因此相当于在空气中传播，因此可以通过对此三维空间中各位置的位移量的累积，相当于多个几何数据进行结合，形成多个区域面积的累积，最终形成裂缝的三维模型。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，提取超声波反馈的特征信息，包括：

对所述超声波反馈的特征信息进行滤波处理，并生成特征信息，若所述特征信息中，在预设时间内显现振幅大幅变化情况，则表明牙齿内部具有裂缝。

需要说明的是，利用滤波器对感应块的接收端反馈的超声波信号进行滤波作用，在不同介质中，超声波在控制器302显现出的振幅都不一致，如在牙齿表面的牙肉和在牙齿中的超声波的传递的速度不一致，而且对不同介质中的波形进行单独处理，使得检测数据经过滤波后更加准确。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述根据特征向量信息确定缝隙的几何数据，具体满足：

其中v为声速，L_Z为第z个超声位移量，t_Z为第z个测点的声时读数，t0为初始时刻，A为修正系数，A的取值取决于介质的类型。

需要说明的是，利用以上关系，已知声速的大小，在介质的传播过程中，采集初始时刻以及在该介质中传播的结束时间，在不听的传播介质中，修正系数也发生相应的变化，如声波在空气中传播修正系数为1，声波在固体的传播修正系数为10。明显地，声波在固体中比在气体中的传播速度要快，利用感应片上测量的牙齿的体积，根据体积建立的三维模型，按照三维模型计算出声波在牙齿中传播的时间，判断该时间是否与实际的时间在预设的范围值之内，当不满足在预设的范围之内时，此时可以理解为某一段时间传播的介质发生变化，从而进一步使用某一时间段内的振幅时间不一致，根据传播速度精确到裂缝区域，根据多个裂缝区域的合成得到裂缝的实际体积，从而建立牙齿中裂缝的三维模型。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，还包括：

S202:采集感应片的变形量、感应片所受到的牙齿各个部位中的力的方向、力的作用点、力的大小；

S204:根据所述感应片的变形量建立牙齿三维模型，得到牙齿模型信息；

S206:通过所述的牙齿模型信息与几何数据确定所述裂缝区域在牙齿中所处的位置；

S208:获得所述牙齿三维模型与所述裂缝三维模型结合后的具体模型，得到结合模型信息；

S210:将结合后的模型信息传输至检测终端。

需要说明的是，利用感应片的压力传感器获取该感应片的力的大小、力的作用点、力的方向，实际上，发射块两侧的感应片上的变形量来建立出牙齿的三维模型，通过超声波采集的裂缝几何数据，该几何数据在牙齿中有着特定的位置，通过该数据与牙齿的三维模型进行结合，结合后的模型为实时的牙齿三维模型，医护人员可以通过此三维模型对用户制定处理方案。

综上所述，本发明通过超声波对牙齿进行检测，利用超声波在预设时间内的超声波的位移量，确定牙齿的中裂缝区域的体积，同时采用感应片上产生的变形量、感应片所受到的力的大小、力的方向、力的作用点，进一步结合裂缝区域的几何数据，确定在牙齿模型中的裂缝区域所处的位置，从而建立最终的牙齿的实时模型。通过此方式对牙齿进行彻底性检测，全过程相对于传统的检测系统，不对人的细胞造成辐射性损害。

此外，本装置还具有检测假牙的材料强度的功能，依靠回弹仪操作人员可以测出假牙反馈的材料回弹值、碳化值，在假牙材料中，回弹值与碳化值分别代表材料的载荷能力与极限载荷。因此，操作人员可以根据回弹值与碳化值来判断假牙的强度。在基本原理上，材料的表面硬度，即为回弹值，材料的回弹值越大则表明材料的硬度越大，然后再根据碳化曲线进行假牙的强度判断，进一步检测假牙是否合格。当超声波接触到假牙表面后沿着表面向四周进行扩散，如果假牙表面或者内部具有裂缝，那么在扩散的过程中，超声波进入到假牙内部进行反射，并且以此来产生反射波，因此产生在一段时间内的超声波位移量。

以上依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术。

Claims (10)

1.一种基于超声波的牙齿检测系统，其特征在于，包括排泄系统、定位系统、控制系统；

所述排泄系统包括排泄通道，所述排泄通道为空腔设计，所述排泄通道侧部设置连接排泄管，所述排泄通道内部设置有旋转轴，所述旋转轴的两端均连接轴承，所述轴承固定于排泄通道；

所述定位系统包括固定块，所述固定块一端连接排泄通道，两侧均设置伸缩杆，所述伸缩杆连接微型气缸，所述微型气缸设置于固定块内部。

2.根据权利要求1所述的一种基于超声波的牙齿检测系统，其特征在于，所述伸缩杆还连接推块，所述推块的底端连接发射块，所述发射块连接感应块，所述感应块内设置有感应片。

3.根据权利要求1所述的一种基于超声波的牙齿检测系统，其特征在于，所述旋转轴上设置有若干螺旋片，所述螺旋片呈线性分布于所述旋转轴，且所述旋转轴的一端连接微型电机。

4.根据权利要求1所述的一种基于超声波的牙齿检测系统，其特征在于，所述发射块上设置有若干个细孔，所述细孔呈圆周阵列分布于所述发射块上。

5.根据权利要求1所述的一种基于超声波的牙齿检测系统，其特征在于，所述控制系统包括超声波发生器，所述超声波发生器一端连接控制器，另一端连接滤波器，所述滤波器连接发射块。

6.根据权利要求1所述的一种基于超声波的牙齿检测系统，其特征在于，所述感应片至少包括一个感应电极，所述感应电极用于接触牙齿外表面且接收感应块传达的力信号，而且所述感应片设置有接触牙齿外表面的参比电极，所述参比电极用于测量感应块变形的方向、感应块变形量一种或多种以上的组合。

7.一种基于超声波的牙齿检测方法，其特征在于，应用于权利要求1-6任一所述的基于超声波的牙齿检测系统，包括以下步骤：

提取超声波反馈的特征信息；

根据所述的超声波反馈的特征信息得到检测结果；

若所述检测结果包含裂缝，则将该检测结果对应的牙齿区域为裂缝区域；

提取所有裂缝区域的特征点，建立特征向量信息；

根据特征向量信息确定缝隙的几何数据，所述几何数据包括裂缝的长度、裂缝的宽度、裂缝的高度，生成几何数据信息；

对所述几何数据信息建立裂缝三维模型，得到裂缝区域的三维立体模型，生成模型信息；

将所述的模型信息传输至检测终端。

8.根据权利要求7所述的一种基于超声波的牙齿检测方法，其特征在于，提取超声波反馈的特征信息，包括：

对所述超声波反馈的特征信息进行滤波处理，并生成特征信息，若所述特征信息中，在预设时间内显现振幅大幅变化情况，则表明牙齿内部具有裂缝。

9.根据权利要求7所述的一种基于超声波的牙齿检测方法，其特征在于，所述根据特征向量信息确定缝隙的几何数据，具体满足：

其中v为声速，L_Z为第z个超声位移量，t_Z为第z个测点的声时读数，t₀为初始时刻，A为修正系数，A的取值取决于介质的类型。

10.根据权利要求7所述的一种基于超声波的牙齿检测方法，其特征在于，还包括：

采集感应片的变形量、感应片所受到的牙齿各个部位中的力的方向、力的作用点、力的大小；

根据所述感应片的变形量建立牙齿三维模型，得到牙齿模型信息；

通过所述的牙齿模型信息与几何数据确定所述裂缝区域在牙齿中所处的位置；

获得所述牙齿三维模型与所述裂缝三维模型结合后的具体模型，得到结合模型信息；

将结合后的模型信息传输至检测终端。

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