專利名稱：數(shù)字印?？趦?nèi)掃描儀及口腔內(nèi)表面形貌圖像實(shí)時(shí)重建系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于醫(yī)療器械領(lǐng)域，尤其涉及一種數(shù)字印?？趦?nèi)掃描儀及口腔內(nèi)表面形 貌圖像實(shí)時(shí)重建系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在臨床口腔診療和修復(fù)過程中，口腔印模是一種重要的信息存儲源，幾乎每個(gè) 患者都需要印取一副甚至多副印模。醫(yī)生通過治療前、中、后等多副模型的對比，即可 了解治療的效果，提高檢查、診斷和治療的準(zhǔn)確性，而口腔技師也需要根據(jù)印模來確定 義齒修復(fù)體的形態(tài)。目前，易操作、高精度、存儲方便的數(shù)字印模技術(shù)越來越受到口腔醫(yī)學(xué)界的重 視，越來越多的學(xué)者和公司投入了大量的精力和財(cái)力對此進(jìn)行研究。數(shù)字印模獲取的方 式根據(jù)掃描的位置分為兩大類，即口外掃描和口內(nèi)掃描，其中口內(nèi)掃描是近兩年國外出 現(xiàn)的一種新的掃描方式?？趦?nèi)掃描將探測器伸入病人的口內(nèi)直接對牙體進(jìn)行測量，實(shí)時(shí) 獲取數(shù)字印模。與口外掃描相比，它有著更多的優(yōu)越性。首先，提高了病人的滿意度。 其次，對醫(yī)生來說，進(jìn)一步改進(jìn)了印模的品質(zhì)，減少了椅邊操作的步驟，節(jié)約了寶貴的 時(shí)間，大大降低了材料和人工的消耗，并為醫(yī)生的操作提供了有效的導(dǎo)引。最后也是最 為重要的，它還為病人和醫(yī)生之間建立起一個(gè)交流的平臺，醫(yī)生和病人可以根據(jù)獲取的 數(shù)字印模進(jìn)行討論，既可以使病人了解到自己的病情和醫(yī)生的修復(fù)意圖，也可以讓醫(yī)生 更好的根據(jù)病人的需求來制定或者修正治療方案，使醫(yī)患關(guān)系更加融洽。由于口內(nèi)實(shí)時(shí)掃描的特殊性，除了要求探測器小巧(可以伸入口腔內(nèi)部)之外， 還要求掃描盡可能的快速。因此現(xiàn)在需要一種可直接在人體口腔內(nèi)部進(jìn)行掃描并實(shí)時(shí)獲 取掃描結(jié)果的口內(nèi)掃描技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種數(shù)字印?？趦?nèi)掃描儀，旨在實(shí)現(xiàn)可直接在人體口腔 內(nèi)部進(jìn)行掃描，實(shí)時(shí)獲取牙體和軟組織等口腔內(nèi)表面的三維面形數(shù)據(jù)。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種數(shù)字印模口內(nèi)掃描儀，所述數(shù)字印模口內(nèi)掃描儀具 有一限制采集范圍大小的窗口；所述數(shù)字印模口內(nèi)掃描儀沿光路方向依次包括三色LED光源模組；微透鏡陣列板，用于將所述三色LED光源模組產(chǎn)生的光束分布變均勻；準(zhǔn)直透鏡組，用于將光束進(jìn)行準(zhǔn)直；灰度編碼光柵板，用于產(chǎn)生投影所需的灰度編碼條紋圖像；光學(xué)偏轉(zhuǎn)器，用于將光線進(jìn)行偏移，對不同波長的光線的偏移距離不同；投影透鏡組，用于將經(jīng)過所述灰度編碼光柵板和所述光學(xué)偏轉(zhuǎn)器的灰度編碼光 柵圖像投影到被測物體表面；第一反射鏡，改變投影光路，使投影光線從所述窗口射出；
平行放置且反射面相對的第二反射鏡和第三反射鏡，用于保證光線能夠在一個(gè) 受限的空間內(nèi)進(jìn)行長距離傳遞；攝像頭，用于將口腔內(nèi)表面的條紋分布進(jìn)行成像、采集和記錄。本發(fā)明還提供了一種口腔內(nèi)表面形貌圖像實(shí)時(shí)重建系統(tǒng)，包括如上所述的數(shù)字 印?？趦?nèi)掃描儀；還包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和同步控制電路系統(tǒng)；所述同步控制電路系統(tǒng)用于控制所述三色LED光源模組的頻閃頻率和所述攝像 頭的采集頻率同步；所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)用于根據(jù)所述數(shù)字印模口內(nèi)掃描儀采集到的條紋圖像進(jìn)行口腔 內(nèi)表面形貌的實(shí)時(shí)重建。本發(fā)明提供的數(shù)字印?？趦?nèi)掃描儀能夠?qū)崿F(xiàn)直接在人體口腔內(nèi)部進(jìn)行掃描，實(shí) 時(shí)獲取牙體和軟組織三維面形的新型數(shù)字印模，可以滿足口腔科醫(yī)生和口腔技師對快 速，準(zhǔn)確獲取口腔印模的要求，該技術(shù)利用了當(dāng)不同波長(顏色)的光線通過光學(xué)偏轉(zhuǎn)器 后的偏移距離不同，從而實(shí)現(xiàn)了投影在被測物體表面的條紋圖像的精確相移；使用兩個(gè) 平行的平面反射鏡，延長了成像光路，使窗口外的圖像可以在一個(gè)狹窄的空間內(nèi)傳播， 有利于數(shù)字印模口內(nèi)掃描儀整體的小型化；同時(shí)利用同步電路將三色LED光源中三種波 長(顏色)光頻閃頻率和攝像頭的快門頻率同步起來，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的口腔內(nèi)表面形貌圖像實(shí)時(shí)重建系統(tǒng)的架構(gòu)原理圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施 例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋 本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明實(shí)施例中，根據(jù)口內(nèi)實(shí)時(shí)掃描的速度與精度需要以及口腔內(nèi)表面形狀復(fù) 雜、高矮參差不齊的特點(diǎn)，采用主動(dòng)投影結(jié)構(gòu)光場到牙體表面形成編碼條紋圖像，并用 成像設(shè)備從與投影光路成一角度的位置記錄下帶有編碼條紋圖像的牙體形貌圖像。然后 通過編碼信息提取出物體表面的位置和高度信息，最終實(shí)現(xiàn)對牙體和周圍軟組織三維面 形的實(shí)時(shí)重建。圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的口腔內(nèi)表面形貌圖像實(shí)時(shí)重建系統(tǒng)的架構(gòu)原 理，為了便于描述，僅示出了與本實(shí)施例相關(guān)的部分。參照圖1，口腔內(nèi)表面形貌圖像實(shí)時(shí)重建系統(tǒng)包括三色LED光源模組1、微透鏡 陣列板2、準(zhǔn)直透鏡組3、灰度編碼光柵板4、光學(xué)偏轉(zhuǎn)器5、投影透鏡組6、第一平面反 射鏡71、第二平面反射鏡72、第三平面反射鏡73、第四平面反射鏡74、第五平面反射鏡 75、攝像頭8、窗口 9以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)10。其中，三色LED光源模組1由三色LED光 源和罩于所述三色LED光源外部的反光碗組成，第二平面反射鏡72與第三平面反射鏡73 平行放置且反射面相對，而光學(xué)偏轉(zhuǎn)器5由一對形狀完全相同，且具有直角邊的楔形棱 鏡組成。三色LED光源用于依次產(chǎn)生不同波長(顏色)的投影光線，例如可以采用紅、 綠、蘭三色LED光源，該投影光線經(jīng)過微透鏡陣列板2后光照分布比較均勻，然后通過準(zhǔn)直透鏡組3準(zhǔn)直后照射到灰度編碼光柵板4上，經(jīng)過灰度編碼光柵板4透射后的光線攜 帶有灰度編碼光柵信息，該光線再由光學(xué)偏轉(zhuǎn)器5進(jìn)行偏轉(zhuǎn)后，由于波長(顏色)不同， 偏移的距離不同，因此最終通過第一反射鏡71和窗口 9后投影在口腔內(nèi)表面的灰度編碼 條紋圖像的位置會發(fā)生偏移，從而形成了滿足三步相移測量輪廓術(shù)所需要的三幀具有不 同相移的條紋圖像。然后采用攝像頭8和第二至第五平面反射鏡對口腔內(nèi)表面的參考平 面或者是被測物體表面的條紋分布進(jìn)行成像和記錄。其中由于第二平面反射鏡72與第三 平面反射鏡73這兩個(gè)平面反射鏡的反射表面相對平行放置，通過多次反射確保在一個(gè)較 小的空間內(nèi)能夠?qū)⒋翱?9外的被測物體的像進(jìn)行傳輸，然后再通過另外兩個(gè)平面反射鏡 將圖像傳送到攝像頭8。攝像系統(tǒng)記錄得到的條紋圖像通過電路傳送至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)10， 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)10根據(jù)采集到的條紋圖像進(jìn)行口腔內(nèi)表面形貌的實(shí)時(shí)重建。此外，計(jì)算機(jī)系 統(tǒng)10還通過同步電路控制系統(tǒng)控制多色LED光源1的頻閃頻率和攝像頭8的采集頻率， 保證二者同步進(jìn)行。采集完成以后，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)10首先對三幀相移條紋圖像進(jìn)行處理提 取其相位信息。其方案如下首先對記錄下來的三幅條紋圖像按照三步相移測量輪廓術(shù) 的公式計(jì)算其截?cái)嘞辔环植?；然后再根?jù)灰度編碼信息確定該條紋的級次，對截?cái)嘞辔?進(jìn)行展開；最后根據(jù)得到的展開相位圖像進(jìn)行重建得到其三維面形數(shù)據(jù)。應(yīng)當(dāng)理解，圖1中的第四反射鏡和第五反射鏡可根據(jù)實(shí)際情況選用，只要保證 經(jīng)過第四反射鏡74和/或第五反射鏡75改變光路后，帶有條紋調(diào)制信息的被測物體的像 能夠最終被攝像頭8捕獲即可，具體可只選用第四反射鏡74和第五反射鏡75中的一個(gè)或 兩個(gè)都選用。當(dāng)然，若攝像頭8相對于第二反射鏡72和第三反射鏡73的位置合適，也 可省略第四反射鏡74和第五反射鏡75。上述的數(shù)字印模口內(nèi)掃描儀可以做成一探測頭的形狀，平行放置的第二反射鏡 72和第三反射鏡73間隔小于16毫米，通過多次反射延長光路，確保在伸入口腔內(nèi)部的探 測器前端部分的外觀尺寸小于20x20毫米。與其它技術(shù)方案相比，本發(fā)明實(shí)施例自行設(shè) 計(jì)了一種投影和成像系統(tǒng)，在保證投影和采集圖像高分辨率的情況下將數(shù)字印?？趦?nèi)掃 描儀(探測頭)做得更加小巧，從而適合實(shí)現(xiàn)口內(nèi)操作。本發(fā)明實(shí)施例提供的數(shù)字印?？趦?nèi)掃描儀能夠?qū)崿F(xiàn)直接在人體口腔內(nèi)部進(jìn)行掃 描，實(shí)時(shí)獲取牙體和軟組織三維面形的新型數(shù)字印模，可以滿足口腔科醫(yī)生和口腔技師 快速、準(zhǔn)確獲取口腔印模的要求。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的 精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之 內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字印?？趦?nèi)掃描儀，其特征在于，所述數(shù)字印?？趦?nèi)掃描儀具有一限制采 集范圍大小的窗口；所述數(shù)字印?？趦?nèi)掃描儀沿光路方向依次包括三色LED光源模組；微透鏡陣列板，用于將所述三色LED光源模組產(chǎn)生的光束分布變均勻；準(zhǔn)直透鏡組，用于將光束進(jìn)行準(zhǔn)直；灰度編碼光柵板，用于產(chǎn)生投影所需的灰度編碼條紋圖像；光學(xué)偏轉(zhuǎn)器，用于將光線進(jìn)行偏移，對不同波長的光線的偏移距離不同；投影透鏡組，用于將經(jīng)過所述灰度編碼光柵板和所述光學(xué)偏轉(zhuǎn)器的灰度編碼光柵圖 像投影到被測物體表面；第一反射鏡，改變投影光路，使投影光線從所述窗口射出；平行放置且反射面相對的第二反射鏡和第三反射鏡，用于保證光線能夠在一個(gè)受限 的空間內(nèi)進(jìn)行長距離傳遞；攝像頭，用于將口腔內(nèi)表面的條紋分布進(jìn)行成像、采集和記錄。
2.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字印模口內(nèi)掃描儀，其特征在于，所述三色LED光源模組 包括三色LED光源和罩于所述三色LED光源外部的反光碗。
3.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字印?？趦?nèi)掃描儀，其特征在于，在所述攝像頭之前，所述 數(shù)字印?？趦?nèi)掃描儀還包括第四反射鏡和/或第五反射鏡，用于改變經(jīng)過所述第二反射鏡和第三反射鏡反射的 光的光路，使光線能夠進(jìn)入攝像頭。
4.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字印?？趦?nèi)掃描儀，其特征在于，所述光學(xué)偏轉(zhuǎn)器由一對形 狀完全相同，且具有直角邊的楔形棱鏡組成。
5.—種口腔內(nèi)表面形貌圖像實(shí)時(shí)重建系統(tǒng)，其特征在于，包括如權(quán)利要求1至4任一 項(xiàng)所述的數(shù)字印模口內(nèi)掃描儀；還包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和同步控制電路系統(tǒng)；所述同步控制電路系統(tǒng)用于控制所述三色LED光源模組的頻閃頻率和所述攝像頭的 采集頻率同步；所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)用于根據(jù)所述數(shù)字印?？趦?nèi)掃描儀采集到的條紋圖像進(jìn)行口腔內(nèi)表 面形貌的實(shí)時(shí)重建。
全文摘要
本發(fā)明適用于醫(yī)療器械領(lǐng)域，提供了一種數(shù)字印?？趦?nèi)掃描儀，具有一限制采集范圍大小的窗口，沿光路方向依次包括三色LED光源模組、微透鏡陣列板、準(zhǔn)直透鏡組、灰度編碼光柵板、光學(xué)偏轉(zhuǎn)器、投影透鏡組、第一反射鏡、平行放置且反射面相對的第二反射鏡和第三反射鏡、攝像頭。本發(fā)明提供的數(shù)字印模口內(nèi)掃描儀能夠?qū)崿F(xiàn)直接在人體口腔內(nèi)部進(jìn)行掃描，實(shí)時(shí)獲取牙體和軟組織三維面形的新型數(shù)字印模，可以滿足口腔科醫(yī)生和口腔技師快速、準(zhǔn)確獲取口腔印模的要求。
文檔編號A61C19/04GK102008282SQ20101052609
公開日2011年4月13日 申請日期2010年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者吳慶陽, 惠彬, 李景鎮(zhèn), 龔向東 申請人:深圳大學(xué)