CN109620455A - 一种基于模式识别算法实时测量牙周袋深度的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于模式识别算法实时测量牙周袋深度的装置，属于医疗器械领域，包括外壳主体、探针及摄像头，所述探针固定在外壳主体的前端部，所述摄像头固定于外壳主体内部的固定架上，所述摄像头位于探针下方或侧方，探针头部处于摄像头视场中，摄像头尾部通过数据线或无线连接至计算机，这样摄像头实时拍摄探针探查的图像并传送给计算机，计算机首先通过标定算法对探针进行标定，标定探头在图像中的位置，长度等。然后在测量过程中，通过测量算法计算探头隐藏在牙周袋内的长度，即等同于牙周袋的深度，实现实时测量牙周袋深度的目的，计算机还根据探针变形情况判定探查力，超过25g（克）力提示医生。在测量过程中，无需辅助人员帮忙，数据自动记录，精度高，速度快。

Description

一种基于模式识别算法实时测量牙周袋深度的装置

技术领域

本发明涉及一种实时测量牙周袋深度的装置和配套的测量算法，属于医疗器械领域。

背景技术

牙周病是细菌、牙石或创伤性咬合等引发的牙周组织损伤，导致牙齿和牙龈分开形成的较大空间。随着疾病发展，会出现出血和脓液，逐步破坏牙龈组织在牙齿和支撑骨上的附着，最终导致成年人牙齿丧失。

检测牙周疾病的主要方法是测量牙周袋深度。医生在临床上用牙周探针检查患者牙齿龈缘及牙周袋深度，根据病情的严重程度，会选择6个代表性的牙齿或者全口32颗牙齿进行检查，每颗牙齿又需要选6个点位进行牙周袋深度测量。最后根据牙周袋深度及变化程度进行定量诊断。

正常牙周袋深度为1-3mm，采用常规牙周探针测量时，医生用探针深入到患者牙周袋，用力不超过25g（克），探针头上间隔印有蓝色或黑色丝印环，医生会根据外露丝印环的数量估计患者牙周袋深度，一名辅助人员在旁边记录测量结果，测量速度慢，测量精度低。

本发明设计了一种新型的深度测量装置，配合计算机模式识别算法，可以实时测量牙周袋深度，无需辅助人员帮忙，数据自动记录，精度可以达到0.03mm，提高摄像机的分辨率还可以进一步提升测量精度。

发明内容

本发明提供一种实时测量牙周袋深度的装置，通过配套软件，基于模式识别算法实时测量牙周袋深度，无需辅助人员帮忙，数据自动记录，精度高，速度快。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：一种实时测量牙周袋深度的装置，包括外壳主体、探针及摄像头，其中，所述探针固定在外壳主体的前端部，所述摄像头固定于外壳主体内部的固定架上，所述摄像头位于探针下方或侧方，确保探针头部处于摄像头视场中。计算机获取摄像机的视频数据，先校准探针的中心线及轮廓，再根据校准后的探针数据，就可以计算出测量过程中探针被牙周袋遮挡部分的尺寸，即为牙周袋深度。

在上述技术方案中，为了确保摄像头拍摄到清晰、无高光的探针头的图像，就需要进行补光，进一步的改进在于，所述摄像头周围还配置有LED照明灯，在摄像头和LED灯前端分别放置角度不同的偏振片，既提高了口腔内的照明，又消除了高光反射，同时摄像头通过数据线或无线方式连接至计算机，获取探针探查的图像并实时传送给计算机。

在上述技术方案中，进一步的改进在于，所述外壳主体尾部为一带有弧度的弧形壳，所述弧形壳上设有微凹槽，在人员手持操作时方便定位和防滑。

在上述技术方案中，进一步的改进在于，所述探针装夹槽也固定在外壳主体内部的固定架上，这样可以大幅减少探针和摄像头两个组件的相对位置因外力发生的变形。

在上述技术方案中，进一步的改进在于，计算机对接收到的探针图像进行模式识别检测出探针部分，比较校准时和测量中的探针图像，计算出探针深入牙周袋内长度。更进一步根据测量中探针图像的微小位移，判断探针变形情况，进而确定探测力的大小，计算机可以发出相应的声音或光照告警信息。

本发明创新之处在于：（1）摄像头实时拍摄探针探查的图像并传送给计算机，计算机在显示牙周袋探测图像的同时，通过模式识别，计算探针进入牙龈部分的深度并显示在计算机屏幕上。

（2）摄像头与手柄同轴，摄像头位于探针下方或侧方，探针头部处于摄像头视场中，只要该相对位置能确保探针探头的全部都被摄像头拍照到。

（3）摄像头与探头保持相对位置不变，摄像头先对探头进行校准，标定探头在图像中的边缘线，位置，长度等，然后在测量过程中，通过计算探头隐藏在牙周袋内的长度，即等同于牙周袋的深度。

（4）计算机使用大津阀值、边缘检测等方法从视频图像中首先获取探针轮廓，然后采用最小二乘法拟合出探针头的中心线方程，结合轮廓及中心线方程，确定探针头的精确位置、毫米/每像素等关键参数，完成校准；测量过程中，通过比较探针头与校准的探针参数，可以计算出探针受力变形情况，超过设定值产生声光告警，提醒医生用力过大；如果探针无变形或变形在设定范围内，比较探针在图像中的缺失部分，即为探针隐藏在牙周袋中的部分，也就是当前牙周袋的深度。计算机对实时测量中得到的大量测量值进行信号滤波，如采用消抖滤波法、限幅消抖滤波法或IIR数字滤波法等，确定单次牙周测量的最终值并自动保存。

附图说明

图1 本发明测量装置内部结构示意图。

图2 本发明测量装置的外部结构示意图。

图3 本发明探针校准算法流程图。

图4 本发明探针实时计算牙周袋深度算法流程图。

附图标记：

数据线/无线-1，外壳主体尾部-2，固定架-3，探针装夹槽-4，探针装夹旋紧头-5，探针-6，密封板-7，外壳主体-8，摄像头-9，微凹槽-10，弧形壳-11。

具体实施方式

下面结合具体实施方式及附图对本发明作进一步的详细说明：如图1、图2所示，一种基于模式识别算法实时测量牙周袋深度的装置，包括外壳主体（8）、探针（6）及摄像头（9），所述探针（6）固定在外壳主体的前端部，所述摄像头（9）固定于外壳主体内部的固定架（3）上，所述摄像头位于探针（6）下方，且所述摄像头（9）与探针（6）尾部的杆轴向平行。

为了确保摄像头拍摄到清晰的探针头的图像，就需要进行补光，所述摄像头（9）周围还配置有LED照明灯，所述摄像头（9）尾部通过数据线/无线（1）连接至计算机，这样摄像头实时拍摄探针探查的图像并传送给计算机。

为了人员手持操作时方便定位和防滑，所述外壳主体前端部还设有密封板（7），外壳主体尾部（2）为一带有弧度的弧形壳（11），所述弧形壳上设有微凹槽（10）。

为了方便探针的快速装夹和更换，所述探针（6）尾部带有探针装夹旋紧头（5）并通过探针装夹槽（4）固定；所述探针装夹槽（4）也固定在外壳主体内部的固定架（3）上；所述探针装夹槽（4）头端带有螺纹，并沿轴向方向开槽；所述探针装夹旋紧头（5）有内螺纹并且内部为圆锥形。

需要说明的是：数据线采用USB接口，也可以采用无线方式，与计算机连接，由计算机配套软件进行模式识别并计算牙周探针深度。

摄像头及LED补光灯组件固定在内部结构固定架，探针装夹槽也固定在内部结构固定架上，这样可以保持两个组件的相对位置不因外力发生变形。

外壳前端采用外壳端头密封板封闭，外壳尾部通过螺纹及胶固定在外壳主体上，形成产品的主要外形，其外形如笔状，如图2所示，在医生手持位置有微凹槽方便定位和防滑。

外壳及内部构件等的材料包括但不限于使用塑料、玻璃、陶瓷、金属，牙周探针用不锈钢或钛合金或联合机构制成。

探针每次使用需要更换，因此设有快速装夹装置。如图1所示的快速装夹部分包括探针装夹槽和探针装夹旋紧头两部分，探针装夹槽头端带有螺纹，并沿轴向方向开槽，探针装夹旋紧头有内螺纹并且内部为圆锥形，当探针装夹旋紧头在探针装夹槽旋转时，探针装夹槽夹紧探针。快速装夹装置可以采用磁力、卡槽、多瓣簧、螺纹等其它形式，只要能在探测过程中确保探针不旋转，不晃动。

计算机实时获取摄像头数据，按照图3所示的流程，通过模式识别标定出探针外形轮廓和中心线方程等参数，按照图4所示的流程，实时计算并记录测量的牙周袋深度值。

该装置操作时包括三个步骤：

步骤一、更换探针

医疗器械用于人体接触的部分必须进行高温高压消毒，不得混用。拔下使用过的探针，装夹新探针，探针固定采用快装模式，方便快速更换探针。

步骤二、自标定

将本测量装置对着一块白墙或白色的平面，该平面无孔洞、黑斑等即可，***进入自标定。

自标定过程中计算机软件显示探针轮廓、中心线等，3秒后探针中心线颜色变化，即表明标定已经完成。

步骤三、实时测量

将探针探入患者口腔牙周袋，手上用力不大于25g（克）力，计算机实时显示牙周袋深度，深度数据自动滤波，稳定后记录本次测量值。计算机成功记录测量值的同时会有语音播报，提醒医生该点已经测量完毕。如果医生使用本装置用力大于25g（克）力，计算机会发出声光告警提示医生。

按检查顺序测量全部牙齿的牙周袋深度，完成患者牙周袋深度测量工作。

Claims (7)

1.一种基于模式识别算法实时测量牙周袋深度的装置，包括外壳主体（8）、探针（6）及摄像头（9），其特征在于，所述探针（6）固定在外壳主体的前端部，所述摄像头（9）固定于外壳主体内部的固定架（3）上，所述摄像头位于探针（6）下方或侧方，探针（6）头部处于摄像头（9）视场中，摄像头（9）清晰拍摄的图像通过数据线或无线（1）传输到计算机，计算机通过算法对图像进行识别比较，计算出牙周袋深度并记录。

2.根据权利要求1所述的一种基于模式识别算法实时测量牙周袋深度的装置，其特征在于，所述摄像头（9）周围还配置有LED照明灯，所述摄像头（9）尾部通过数据线或无线（1）连接至计算机。

3.根据权利要求1所述的一种基于模式识别算法实时测量牙周袋深度的装置，其特征在于，其所述外壳及内部构件的材料包括但不限于使用塑料、玻璃、陶瓷、金属。

4.根据权利要求1所述的一种基于模式识别算法实时测量牙周袋深度的装置，其特征在于，所述探针（6）的快速装夹装置（5）（4），也可以采用磁力、卡槽、多瓣簧、螺纹等其它形式，只要能在探测过程中确保探针（6）不旋转，不晃动即可。

5.根据权利要求1所述的一种基于模式识别算法实时测量牙周袋深度的装置，其特征在于，计算机对获取的图像按照标定、测量两步骤，实现牙周袋深度实时精确测量。

6.根据权利要求5所述的一种基于模式识别算法实时测量牙周袋深度的装置，其特征在于，标定流程首先对探针图像进行阀值分割，计算中心点，然后将多个中心点进行中心线拟合为直线方程Y=aX+b，然后对斜率a和b值检错，如果有错误，重新标定，如果无错误，保存标定参数，完成标定。

7.根据权利要求5所述的一种基于模式识别算法实时测量牙周袋深度的装置，其特征在于，测量流程首先也需要分割探针图像，识别探针位置，将标定时的参数与当前探针位置进行比对，如果变形超过阀值则产生声光告警，否则计算探针缺少部分作为牙周袋深度，并将数据输入滤波器，记录并语音播报最终测量值。