CN202355396U - 基于光栅投影的数字印模口内扫描仪及形貌重建系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于医疗器械领域，提供了一种基于光栅投影的数字印模口内扫描仪，沿光路方向依次包括LED光源模组、偏振片、偏振膜、光栅面板、投影透镜组、第一平面反射镜、第二平面反射镜、第三平面反射镜、摄像头。本实用新型提供的基于光栅投影的数字印模口内扫描仪能够实现直接在人体口腔内部进行扫描，实时获取牙体和软组织三维形貌的新型数字印模，可以满足口腔科医生和口腔技师快速、准确获取口腔印模的要求。

Description

基于光栅投影的数字印模口内扫描仪及形貌重建系统

技术领域

本实用新型属于医疗器械领域，尤其涉及一种基于光栅投影的数字印模口内扫描仪及形貌重建系统。

背景技术

在临床口腔诊疗和修复过程中，口腔印模是一种重要的信息存储源，几乎每个患者都需要印取一副甚至多副印模。医生通过治疗前、中、后等多副模型的对比，即可了解治疗的效果，提高检查、诊断和治疗的准确性，而口腔技师也需要根据印模来确定义齿修复体的形态。

目前，易操作、高精度、存储方便的数字印模技术越来越受到口腔医学界的重视，越来越多的学者和公司投入了大量的精力和财力对此进行研究。数字印模获取的方式根据扫描的位置分为两大类，即口外扫描和口内扫描，其中口内扫描是近两年国外出现的一种新的扫描方式。口内扫描将探测器伸入病人的口内直接对牙体进行测量，实时获取数字印模。与口外扫描相比，它有着更多的优越性。首先，提高了病人的满意度。其次，对医生来说，进一步改进了印模的品质，减少了椅边操作的步骤，节约了宝贵的时间，大大降低了材料和人工的消耗，并为医生的操作提供了有效的导引。最后也是最为重要的，它还为病人和医生之间建立起一个交流的平台，医生和病人可以根据获取的数字印模进行讨论，既可以使病人了解到自己的病情和医生的修复意图，也可以让医生更好的根据病人的需求来制定或者修正治疗方案，使医患关系更加融洽。

由于口内实时扫描的特殊性，除了要求探测器小巧(可以伸入口腔内部)之外，还要求扫描尽可能的快速。因此现在需要一种可直接在人体口腔内部进行扫描并实时获取扫描结果的口内扫描技术。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于光栅投影的数字印模口内扫描仪，旨在实现可直接在人体口腔内部进行扫描，实时获取牙体和软组织等口腔内表面的三维形貌数据。

本实用新型是这样实现的，一种基于光栅投影的数字印模口内扫描仪，所述数字印模口内扫描仪沿光路方向依次包括：

LED光源模组；

起偏用的偏振片；

反o光透e光或反e光透o光的偏振膜；

产生投影所需的编码光栅图像的光栅面板；

将经过所述光栅面板产生的编码光栅图像投影至口腔内表面的投影透镜组；

改变所述投影透镜组的投影光路、使包含编码光栅图像信息的投影光线射出至口腔内表面的第一平面反射镜；

保证成像光线能够在一个受限的空间内进行长距离传递的平行放置且反射面相对的第二平面反射镜和第三平面反射镜；

将投影在口腔内表面的编码光栅图像进行采集的摄像头。

进一步地，在所述LED光源模组和所述偏振片之间，还包括一将所述LED光源模组产生的光束分布变均匀的菲涅尔透镜。

进一步地，所述数字印模口内扫描仪具有一限制采集范围大小的窗口，所述第一平面反射镜反射的投影光线通过所述窗口射出至口腔内表面。

进一步地，所述第二平面反射镜和第三平面反射镜之间的间隔小于16毫米。

进一步地，在所述摄像头之前，所述数字印模口内扫描仪还包括：

改变经过所述第二平面反射镜和第三平面反射镜反射的光的光路、使光线能够进入摄像头的第四平面反射镜和/或第五平面反射镜。

进一步地，所述数字印模口内扫描仪还包括：

与所述LED光源模组连接的LED光源模组驱动单元；

与所述光栅面板连接的光栅面板驱动单元。

进一步地，所述光栅面板为硅基液晶技术面板、液晶显示器面板或数字光处理面板。

本实用新型还提供了一种基于光栅投影的数字印模口内形貌重建系统，包括如上所述的基于光栅投影的数字印模口内扫描仪；还包括：

根据所述数字印模口内扫描仪采集到的条纹图像进行口腔内表面形貌的实时重建的计算机系统；

控制所述LED光源模组的频闪频率、所述光栅面板的刷新频率和所述摄像头的采集频率同步的同步控制电路系统。

本实用新型提供的基于光栅投影的数字印模口内扫描仪能够实现直接在人体口腔内部进行扫描，实时获取牙体和软组织三维形貌的新型数字印模，可以满足口腔科医生和口腔技师对快速，准确获取口腔印模的要求，该技术利用了光栅面板产生相移精确的正弦条纹和编码条纹；使用两个平行的平面反射镜，延长了成像光路，使窗口外的图像可以在一个狭窄的空间内传播，有利于基于光栅投影的数字印模口内扫描仪整体的小型化；同时利用同步电路将LED光源频闪频率、光栅刷新频率和摄像头的快门频率同步起来，实现了实时的数据采集。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的口腔内表面形貌图像实时重建系统的架构原理图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型实施例中，根据口内实时扫描的速度与精度需要以及口腔内表面形状复杂、高矮参差不齐的特点，采用主动投影结构光场到牙体表面形成编码光栅图像，并用成像设备从与投影光路成一角度的位置记录下带有编码条纹图像的牙体形貌图像。然后通过编码信息提取出物体表面的位置和高度信息，最终实现对牙体和周围软组织三维形貌的实时重建。

图1示出了本实用新型实施例提供的基于光栅投影的数字印模口内形貌重建系统的架构原理，为了便于描述，仅示出了与本实施例相关的部分。

参照图1，口腔内表面形貌图像实时重建系统包括基于光栅投影的数字印模口内扫描仪和计算机系统两部分，其中基于光栅投影的数字印模口内扫描仪沿光路方向至少需包括LED光源模组1、起偏用的偏振片(图中未示出)、反o光透e光或反e光透o光的偏振膜2、光栅面板3、摄像头5、驱动电路6，如偏振片起偏后的光是o光，则偏振模2需反o光透e光，而如果偏振片起偏后的光是e光，则偏振模2需反e光透o光，驱动电路6包括与LED光源模组1连接的LED光源模组驱动单元和与光栅面板3连接的光栅面板驱动单元。而LED光源模组1用于产生投影光线，例如可以采用红、绿、蓝或者白光LED光源实现，摄像头5可采用CCD摄像头实现。

为使投影光线分布更为均匀，可在LED光源模组1和偏振片之间，设置一可使光束分布变均匀的菲涅尔透镜7。经过菲涅尔透镜7均匀化后的投影光线，再通过偏振片和偏振膜2起偏和反射后照射到光栅面板3上，经过光栅面板3反射后的光线携带有编码条纹信息，该光线再次通过偏振膜2后仅透过e光，然后由投影透镜组4将经过所述光栅面板4产生的编码光栅图像投影至口腔内表面T，最终由摄像头5采集投影在口腔内表面T的编码光栅图像。采集完成以后，计算机系统10首先对相移条纹图像进行处理提取其相位信息。其方案如下：首先对记录下来的条纹图像按照相移测量轮廓术的公式计算其截断相位分布；然后再根据编码信息确定该条纹的级次，对截断相位进行展开；最后根据得到的展开相位图像进行重建得到其三维形貌数据。

本实用新型实施例中，具体又通过第一平面反射镜81将图像投影在口腔内表面T，为限制摄像头5的采集范围大小，数字印模口内扫描仪还具有一窗口9，第一平面反射镜81反射的投影光线通过窗口9投影至口腔内表面T，形成了三维测量所需要的编码条纹图像。

出于对数字印模口内扫描仪小型化的要求，同时又不缩短光路，具体可以在第一平面反射镜81和摄像头5之间设置第二平面反射镜82和第三平面反射镜83，第二平面反射镜82和第三平面反射镜83平行放置且反射面相对，保证成像光线能够在一个受限的空间内进行长距离传递，进一步地，本实施例中第二平面反射镜82和第三平面反射镜83之间的间隔小于16毫米，通过多次反射延长光路，确保在伸入口腔内部的探测器前端部分的外观尺寸小于20x20毫米，可做成一探测头的形状，与其它技术方案相比，本实用新型在保证投影和采集图像高分辨率的情况下将数字印模口内扫描仪(探测头)做得更加小巧，从而适合实现口内操作。

具体实现时，当第二平面反射镜82和第三平面反射镜83反射的光不能直接被摄像头5采集时，具体还可以多设置一个或多个反射镜调整光路。如图1所示，本实用新型采用摄像头5和第二平面反射镜82、第三平面反射镜83、第四平面反射镜84、第五平面反射镜85对口腔内表面的参考平面或者是被测物体表面的条纹分布进行成像和记录。其中由于第二平面反射镜82与第三平面反射镜83这两个平面反射镜的反射表面相对平行放置，通过多次反射确保在一个较小的空间内能够将窗口9外的被测物体的像进行传输，然后再通过另外两个平面反射镜将图像传送到摄像头5。摄像头8记录得到的条纹图像传送至计算机系统10。此外，计算机系统10还通过一同步电路控制系统(图中未示出)控制LED光源模组1的频闪频率、光栅面板3的刷新频率和摄像头5的采集频率，保证三者同步进行。

上述光栅面板3可采用LCOS(Liquid Crystal on Silicon，硅基液晶技术)面板、LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示器)面板或DLP(Digital LightProcession，数字光处理)面板实现。

应当理解，图1中的第一平面反射镜81、第二平面反射镜82、第三平面反射镜83、第四平面反射镜84和第五平面反射镜85可根据实际情况选用，只要保证经过第四平面反射镜84和/或第五平面反射镜85改变光路后，带有条纹调制信息的被测物体的像能够最终被摄像头5捕获即可，具体可只选用其中的一个或多个。当然，若摄像头5相对于窗口9的位置合适，也可省略部分平面反射镜甚至不需要使用平面反射镜。

本实用新型实施例提供的基于光栅投影的数字印模口内扫描仪能够实现直接在人体口腔内部进行扫描，实时获取牙体和软组织三维形貌的新型数字印模，可以满足口腔科医生和口腔技师快速、准确获取口腔印模的要求。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于光栅投影的数字印模口内扫描仪，其特征在于，所述数字印模口内扫描仪沿光路方向依次包括：

LED光源模组；

起偏用的偏振片；

反o光透e光或反e光透o光的偏振膜；

产生投影所需的编码条纹图像的光栅面板；

将经过所述光栅面板产生的编码光栅图像投影至口腔内表面的投影透镜组；

改变所述投影透镜组的投影光路、使包含编码光栅图像信息的投影光线射出至口腔内表面的第一平面反射镜；

保证成像光线能够在一个受限的空间内进行长距离传递的平行放置且反射面相对的第二平面反射镜和第三平面反射镜；

将投影在口腔内表面的编码光栅图像进行采集的摄像头。

2.如权利要求1所述的基于光栅投影的数字印模口内扫描仪，其特征在于，在所述LED光源模组和所述偏振片之间，还包括一将所述LED光源模组产生的光束分布变均匀的菲涅尔透镜。

3.如权利要求1所述的基于光栅投影的数字印模口内扫描仪，其特征在于，所述数字印模口内扫描仪具有一限制采集范围大小的窗口，所述第一平面反射镜反射的投影光线通过所述窗口射出至口腔内表面。

4.如权利要求1所述的基于光栅投影的数字印模口内扫描仪，其特征在于，所述第二平面反射镜和第三平面反射镜之间的间隔小于16毫米。

5.如权利要求4所述的基于光栅投影的数字印模口内扫描仪，其特征在于，在所述摄像头之前，所述数字印模口内扫描仪还包括：

改变经过所述第二平面反射镜和第三平面反射镜反射的光的光路、使光线能够进入摄像头的第四平面反射镜和/或第五平面反射镜。

6.如权利要求1所述的基于光栅投影的数字印模口内扫描仪，其特征在于，所述数字印模口内扫描仪还包括：

与所述LED光源模组连接的LED光源模组驱动单元；

与所述光栅面板连接的光栅面板驱动单元。

7.如权利要求1所述的基于光栅投影的数字印模口内扫描仪，其特征在于，所述光栅面板为硅基液晶技术面板、液晶显示器面板或数字光处理面板。

8.一种基于光栅投影的数字印模口内形貌重建系统，其特征在于，包括如权利要求1至7任一项所述的基于光栅投影的数字印模口内扫描仪；还包括：

根据所述数字印模口内扫描仪采集到的条纹图像进行口腔内表面形貌的实时重建的计算机系统；

控制所述LED光源模组的频闪频率、所述光栅面板的刷新频率和所述摄像头的采集频率同步的同步控制电路系统。

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