一种牙科显微诊疗系统的制作方法

1.本发明涉及牙科诊疗技术领域，尤其涉及一种牙科显微诊疗系统。


背景技术：

2.手术显微镜可用于牙髓、根管的检查和治疗，其可以清晰地观察到根管口的位置、根管内壁形态、根管内牙髓清除情况，进行根管的预备、充填，取出根管内折断器械以及根尖周手术等操作。凭借充足的照明和清晰的放大观察，口腔手术显微镜的普及改变了传统凭经验、靠手感的粗放式操作，根管治疗、根管内金属堵塞物的取出、根管台阶、根尖偏移、髓腔穿孔的处理成功率得到了极大的提高。
3.另一方面由于必须迁就患者的体位，医生无法保持正常舒适的姿态，持续进行精细操作会让肩、颈和背部肌肉疲劳酸痛，长期累积则可能产生严重的关节问题，甚至影响医生的职业寿命。手术显微镜的出现使得以上问题得以解决，其可以使医生在检查和治疗过程中保持符合人体工程学的正确姿势，消除肩、颈、背部疲劳，有效地提升了诊疗效率和质量。
4.不过传统的手术显微镜具有如下缺点：
5.1、长时间保持头部固定，易疲劳。受限于光学出瞳的大小，医生的眼睛必须保持在目镜的出瞳位置，长时间操作还是容易疲劳。当特殊诊查位置，医生需要无法保持舒适的姿态。即使采用显示器，由于方向固定，还是需要长时间保持固定姿势。
6.2、显微视野狭窄、器材进入镜下定位难，患者、护士等外部交流不便。手术显微镜的视野较小，特别是在大倍率观察时。当手术器械从镜外视场移入镜下视场，定位困难，需要医生摸索尝试，或移开头部直接观察。
7.此外，医生仅能观察到镜下的局部细节，无法在需要时，实时观察到患者的表情，特别是牙科患者不便发声进行交流，如果能实时观察到患者的表情或其他动作，有助与医生确认其操作是否适宜。需要观察护士的操作状态，以便对其指导和确认。目前现有技术进行以上操作均需要医生移开头部，打断手术进行。
8.3、手术显微镜仅能观察到组织外层的结构，无法观测内部组织结构，有些操作需要反复试探，时间长，易遗漏根管或过多地去除健康牙齿组织。牙齿为立体结构，多层次组织，手术显微镜仅能观察组织外层细节特征，无法判断内层组织结构。
9.牙齿中间空洞的部分包含称为牙髓的软组织。空洞上部宽阔，称为牙髓腔，下部有管状的根管，由之导出牙神经和营养神经的血管。牙髓发生感染，会造成疼痛、颌骨感染，最终牙齿因为牙神经的死亡而变得脆弱。
10.以根管治疗为例，医生需要彻底打开髓腔，找到全部根管并加以处理。人类一般每颗牙齿有1-4个根管，后部的牙齿根管最多。多根管牙常因增龄性变化或修复性牙本质的沉积，或髓石，或髓腔钙化，或根管形态变异等情况，而使根管口不易查找时，需要借助于牙齿的三维立体解剖形态，从各个方向和位置来理解和看牙髓腔的解剖形态；并采用多种角度投照法所拍摄的x线片来了解和指出牙根和根管的数目、形状、位置、方向和弯曲情况；牙根
对牙冠的关系；牙根及根管解剖形态的各种可能的变异情况等。由于部分牙齿的根管数量可达四个，还可能存在侧支根管、副根管、根尖分歧和根尖分叉等复杂情况，即便在放大观察下也可能会遗漏；需要估计根管的可能位置，必要时可用小球钻在其根管可能或预期所在的发育沟部位除去少量牙本质，然后使用锐利探针试图刺穿任何钙化区，以指出根管口除去牙颈部的牙本质领圈以暴露根管口的位置，即如果存在根管口钙化等情况，就更需要医生对各可能位置进行反复试探，难免会过多地去除健康牙齿组织。
11.目前经常采用术前牙片的方式来帮助医生判断和确定根管数量和形态，首先，医生需要分出部分精力来记忆根冠形态，甚至暂停手术看重新观察牙片。此外由于牙片仅为二维平面图像，无法准确体现根管的立体形态，实际上，很多根管的走向存在多次弯曲，无法依靠牙片准确定位。
12.cbct等立体图像复杂难于记忆，医生需要将牙齿结构的立体形态记忆在脑中，并在术中与显微镜下的实物进行对比、叠加、融合，需要付出很大的精力，而且很难保证准确性和精度。
13.因此，结合上述存在的技术问题，有必要提出一种新的技术方案。


技术实现要素：

14.为解决现有技术中存在的技术问题，本技术提出了一种牙科显微诊疗系统，具体方案如下：
15.一种牙科显微诊疗系统，其包括显微观察模块、3d成像模块和ar显示模块，所述显微观察模块用于观察待观察的目标对象；所述3d成像模块用于实时采集所述显微观察模块观察视野中的镜下光学图像，并将所述镜下光学图像转换为三维数字图像；所述ar显示模块佩戴于操作者的头部，用于接收所述3d成像模块输出的三维数字图像，并将所述三维数字图像转换为光学图像展示在操作者的视野中。
16.进一步的，其还包括存储模块和图像分屏显示模块，所述存储模块内存储有目标对象的辐射成像三维结构数字图像，所述图像分屏显示模块用于将目标对象的辐射成像三维结构数字图像以光学图像的形式显示在所述ar显示模块显示区域内的设定位置。
17.进一步的，所述辐射成像三维结构数字图像开关可控，操作者可以根据需要选择查看目标对象的分层二维图像或3d图像。
18.进一步的，其还包括图像识别处理模块，所述图像识别处理模块用于识别所述三维数字图像中的生物特征，并通过生物特征对比，在所述ar显示模块显示区域内的设定位置显示与所述三维数字图像相匹配的辐射成像三维结构数字图像。
19.进一步的，其还包括检测模块，所述显微观察模块内设有变焦距大物镜和变倍系统，所述检测模块用于分别检测所述变焦距大物镜的对焦位置和所述变倍系统的倍率，所述图像识别处理模块根据所述检测模块检测到的所述变焦距大物镜的对焦位置确定所述辐射成像三维结构数字图像的深度位置，所述图像识别处理模块根据所述检测模块检测到的所述变倍系统的倍率确定所述辐射成像三维结构数字图像显示当前层区域的深度范围。
20.进一步的，所述辐射成像三维结构数字图像显示在所述ar显示模块显示区域的边缘位置，或所述辐射成像三维结构数字图像与所述三维数字图像重合显示，所述辐射成像三维结构数字图像的透明度可调节。
21.进一步的，其还包括定位导航检测模块，所述定位导航检测模块安装在手术器械上，所述定位导航检测模块用于实时检测所述手术器械的深度和空间位置数据，所述图像识别处理模块将所述定位导航检测模块采集到的深度和空间位置数据与三维数字图像中的生物特征进行比对，获得所述手术器械与目标对象之间的实时相对位置数据，并显示在所述ar显示模块显示区域内的设定位置。
22.进一步的，所述手术器械的深度和空间位置数据，以及所述手术器械的状态数据实时存储在所述存储模块中，所述手术器械的状态数据能够显示在所述ar显示模块显示区域内的设定位置。
23.进一步的，所述存储模块内还存储有患者信息数据、根测仪数据、口腔扫描仪数据、电子牙周探针数据及牙髓活力数据，各数据分别开关可控，操作者可根据需要将所需数据显示在所述ar显示模块显示区域内的设定位置。
24.进一步的，各数据以文字符号、数据表、二维曲线或三位地形图的方式显示在所述ar显示模块显示区域内的设定位置，各数据在所述ar显示模块显示区域内分屏显示，或在同一窗口内切换显示，各数据的显示透明度以及各数据的显示窗口大小和位置可调节。
25.进一步的，其还包括ai辅助分析模块，所述ai辅助分析模块开关可控，操作者可以根据需要选择打开或关闭ai辅助功能，所述ai辅助分析模块用于对所述3d成像模块采集的三维数字图像进行分析，辨别目标对象的病变情况，并根据病变情况对目标对象进行标记或提醒，同时对所述存储模块内存储的各数据进行汇总分析，形成附加ai辅助信息显示在所述ar显示模块显示区域内的设定位置。
26.进一步的，其还包括摄像模块，所述摄像模块用于采集患者的表情图像数据，所述ai辅助分析模块对所述摄像模块采集的表情图像数据进行分析，判断患者的舒适度，并实时显示在所述ar显示模块显示区域内的设定位置。
27.与现有技术相比，本技术的牙科显微诊疗系统具有如下一个或多个有益效果：
28.(1)本技术的牙科显微诊疗系统，其通过vr显示模块，将手术显微镜内的镜下光学图像以ar光学图像的形式展示在操作者的视野中，操作者(比如医生)可以自由活动头部，不再受手术显微镜的位置限制，可同时观察显微镜下的放大视野和镜外正常视野，手术器械的位置连续可见，能够由镜外准确地移入镜下指定位置，同时还可以观察到镜外的患者状态或对护士进行指导，确认器械或材料正确无误；
29.(2)本技术的牙科显微诊疗系统，其设置有图像分屏显示模块，操作者可根据需要随时调出和查看目标对象的3d结构，并可选择查看具体分层图像以确定镜下组织的内部结构；
30.(3)本技术的牙科显微诊疗系统，其设置有图像识别处理模块，能够通过生物特征判断，将辐射成像三维结构数字图像与镜下光学图像的三维数字图像自动对比和配准；
31.(4)本技术的牙科显微诊疗系统，其辐射成像三维结构数字图像能够与镜下光学图像的三维数字图像重合显示，并在手术器械中设置定位导航检测装置，引导手术操作准确到位，便于操作者及时确认操作，提高效率；
32.(5)本技术的牙科显微诊疗系统，其可以在ar显示模块显示区域内的设定位置显示患者信息、根测仪数据、口腔扫描仪数据、电子牙周探针数据、牙髓活力数据等数据，便于给操作者提供参考；
33.(6)本技术的牙科显微诊疗系统，其设置有ai辅助模块，实现ai辅助诊断和显示。
附图说明
34.图1为本技术实施例一提供的手术显微镜的安装位置示意图；
35.图2为本技术实施例一提供的手术显微镜与ar设备间的连接示意图；
36.图3为本技术实施例一提供的牙科显微诊疗系统的流程图；
37.图4为本技术实施例一提供的在ar设备中操作者可观察的区域示意图；
38.图5为本技术实施例一提供的附加信息显示区域的位置示意图；
39.图6为本技术实施例二提供的牙科显微诊疗系统的流程图；
40.图7为本技术实施例三提供的牙科显微诊疗系统的流程图；
41.图8为本技术实施例四提供的牙科显微诊疗系统的流程图；
42.图9为本技术实施例五提供的牙科显微诊疗系统的流程图；
43.图10为本技术实施例六提供的牙科显微诊疗系统的流程图。
44.1-手术显微镜，11-感光元件，12-成像镜组、13-变倍镜组，14-变焦距大物镜，2-ar设备，3-ar显示模块显示区域，4-现实图像显示区域，5-手术器械，6-附加信息显示区域。
具体实施方式
45.为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。
46.实施例一
47.本实施例提供一种牙科显微诊疗系统，其包括显微观察模块、3d成像模块和ar显示模块。所述显微观察模块为手术显微镜1，所述手术显微镜1如图1所示，可以安装在支架上，方便操作者根据需要快速移动手术显微镜1。所述手术显微镜1为双光路设计，用于观察待观察的目标对象。所述3d成像模块用于实时采集所述手术显微镜1观察视野中的镜下光学图像，并将所述镜下光学图像转换为三维数字图像。所述3d成像模块包括左、右感光元件11、变倍系统和变焦距大物镜14。所述左、右感光元件11为ccd或cmos，并集成封装于同一块线路板上。所述变倍系统包括变倍镜组13。从所述变焦距大物镜14上不同孔径内射入平行双光束经变倍镜组13，之后被分光镜组分为两路，一路平行双光束分别通过左、右成像镜组12后分别成像在左、右感光元件11上，另一路平行双光束通过双目镜筒直接观察。所述左、右感光元件11对所述手术显微镜1观察视野中的镜下光学图像进行采集，并将其转换为三维数字图像后传输至所述ar显示模块。所述3d成像模块可以采用内置的方式或者配件附加的形式与所述手术显微镜1内的光路实现连通，具体内容请参见专利cn107132648a和cn107132649a，在此不再进行赘述。所述ar显示模块佩戴于操作者的头部，用于接收所述3d成像模块输出的三维数字图像，并将所述三维数字图像转换为光学图像展示在操作者的视野中。所述ar显示模块可以为如带有增强现实功能的防护面罩、头盔、眼镜等ar设备2，优选采用ar眼镜，如图2所示。总结来说，本实施例的牙科显微诊疗系统主要是通过增设3d成像模块将手术显微镜1观察视野中的镜下光学图像进行采集获得三维数字图像，并通过头戴ar显示设备以光学图像的形式显示在操作者的视野中，系统流程如图3所示。操作者比如医生佩戴ar眼镜等头戴ar显示设备，可以自由活动头部，不再受限于手术显微镜1的位置。可
同时观察显微镜的镜下放大视野和镜外正常视野，手术器械5的位置连续可见，能够由镜外准确地移入镜下指定位置，如图4所示，该镜下放大视野即ar显示模块显示区域3，镜外正常视野即非ar显示模块显示的现实图像显示区域4。可同时观察到镜外的患者状态或对护士进行指导，确认器械或材料正确无误。
48.实施例二
49.本实施例的牙科显微诊疗系统在实施例一的基础上，通过增设图像分屏显示模块，在ar眼镜等头戴ar显示设备显示区域的边缘位置附加相应的辐射成像三维结构数字图像，即如图5所示的附加信息显示区域6，系统流程如图6所示。所述辐射成像三维结构数字图像优选为cbct数字图像，以下实施例均已cbct数字图像为例对技术方案进行举例说明。所述牙科显微诊疗系统包括存储模块，可通过外部输入或调取等方式，将目标对象的cbct数字图像数据导入至所述存储模块中。所述图像分屏显示模块用于将目标对象的cbct数字图像以光学图像的形式显示在所述ar显示模块显示区域3边缘位置，给操作者实时提供参考。所述cbct数字图像开关可控，操作者可以根据需要手动选择查看目标对象的分层二维图像或3d图像，操作者可以通过选择查看具体分层二维图像以确定镜下组织的内部结构。本实施例中，需要操作者人工的将cbct数字图像与所述手术显微镜1的三维数字图像进行对比和配准。
50.实施例三
51.本实施例的牙科显微诊疗系统在实施例二的基础上，通过增设图像识别处理模块来识别所述三维数字图像中的生物特征，并通过生物特征对比，将cbct数字图像与所述三维数字图像进行自动对比和配准，之后将与所述三维数字图像相匹配的cbct数字图像显示在所述ar显示模块显示区域3的边缘位置，系统流程如图7所示。
52.本实施例的牙科显微诊疗系统还包括检测模块。所述检测模块用于分别检测所述变焦距大物镜14的对焦位置和所述变倍系统的倍率。所述检测模块优选采用位置传感器，即在手术显微镜1的变焦距大物镜14和变倍镜组13位置分别增加位置传感器。所述图像识别处理模块根据位置传感器检测到的所述变焦距大物镜14的对焦位置确定所述cbct数字图像的深度位置，所述图像识别处理模块根据所述检测模块检测到的所述变倍系统的倍率确定所述cbct数字图像显示当前层区域的深度范围。手术显微镜1焦点深度位置与cbct数字图像分层深度自动配准，即镜下观察某个平面结构，cbct数字图像自动显示当前层(或当前层区域)的ct数字图像。
53.实施例四
54.本实施例的牙科显微诊疗系统是在实施例三的基础上，所述cbct数字图像与所述三维数字图像重合显示。所述cbct数字图像透明度可调节。
55.本实施例的牙科显微诊疗系统还包括定位导航检测模块，所述定位导航检测模块安装在手术器械5上，所述手术器械5比如牙科手机。所述定位导航检测模块用于实时检测所述手术器械5的深度和空间位置数据，所述图像识别处理模块自动将所述定位导航检测模块采集到的深度和空间位置数据与三维数字图像中的生物特征进行比对，所述生物特征如根管口位置、形状与根管深度、走向等组织特征，获得所述手术器械5与目标对象之间的实时相对位置数据，并显示在所述ar显示模块显示区域3内的设定位置，比如如图5所示的附加信息显示区域6，系统流程如图8所示。同时还可以引入手术器械5的状态数据，如手机
转速、扭矩值等，也可以同步显示在如图5所示的附加信息显示区域6。当设置在变焦距大物镜14和变倍镜组13位置的位置传感器检测到变化时，在所述ar显示模块显示区域3内的设定位置自动显示所述手术器械5的实时数据，便于医生及时确认操作，提高效率。所述手术器械5的深度和空间位置数据，以及所述手术器械5的状态数据都可以实时的存储在所述存储模块中。
56.实施例五
57.本实施例的牙科显微诊疗系统是在实施例一至四中任一实施例的基础上，引入更多相关数据，比如患者信息数据、根测仪数据、口腔扫描仪数据、电子牙周探针数据及牙髓活力数据等多数据信息，都可以通过外部输入或调取等方式存储至所述存储模块。各数据分别设置有显示开关，均能够单独开关可控，操作者可根据需要将所需数据显示在所述ar显示模块显示区域3内的设定位置，系统流程如图9所示。
58.各数据可以以文字符号、数据表、二维曲线或三位地形图等多种方式显示在所述ar显示模块显示区域3内的设定位置，各数据在所述ar显示模块显示区域3内分屏显示，或在同一窗口内切换显示，各数据的显示透明度以及各数据的显示窗口大小和位置可调节。
59.患者信息数据：包括患者的基本信息、禁忌提醒等，也可以包括监控信息，血压、血氧饱和度等。
60.根测仪数据：准确测量根管工作长度是成功根管治疗的基本条件，根据诊断，对不同状况的患牙进行根管预备及填充的终点位置各异，需要保证
±
0.5mm的误差范围，因此采用根管测量仪进行测量，其数据可选择性显示，提供参考。
61.口腔扫描仪数据：高分辨率的口腔结构三维形态。
62.电子牙周探针数据：口腔健康牙周是基础是国际口腔医学界不争的事实。牙周探诊是口腔基础诊断的重要方法。用牙周探针测量牙周袋深度及附着水平是目前临床评价牙周破坏程度的主要方法，也是判断牙周病情变化的临床依据。florida探针系统可以在一名医护人员的操作下自动测量患者牙周袋深度、附着水平、附着龈宽度，并记录全口牙列情况、牙齿松动度、牙龈出血与化脓、根分叉病变、菌斑分布等可反应牙周疾病程度及预后指标。系统自带风险因素评估功能可有效的对患者进行病情风险评估，有助于医生能够客观的为患者制定有针对性的治疗计划。
63.牙髓活力数据：牙髓是位于牙本质围成的牙髓腔内，借狭窄的根尖孔与根尖周组织相连，不能被直视，导致临床上无法直观的从视觉上判断其具体状态。牙髓内分布有丰富的神经，可以感受外界刺激，临床上利用温度和电刺激牙髓的神经纤维来判断其活力状态，帮助医生选择，完全去除坏死牙髓，或实施切断术保留健康部分。
64.实施例六
65.本实施例的牙科显微诊疗系统是在实施例一至五中任一实施例的基础上增加ai辅助分析模块，实现ai辅助诊断和显示。所述ai辅助分析模块开关可控，该开关可以是总开关可以是单独功能开关，操作者可以根据需要选择打开或关闭对应的ai辅助功能。所述ai辅助分析模块用于对所述3d成像模块采集的三维数字图像进行分析，辨别目标对象的病变情况，并根据病变情况对目标对象进行标记或提醒，同时对所述存储模块内存储的各数据进行汇总分析，生成附加ai辅助信息，操作者可根据需要将所述附加ai辅助信息显示在所述ar显示模块显示区域3内的设定位置，系统流程如图10所示。
66.比如仅针对所述3d成像模块采集的三维数字图像进行分析：
67.基于正常白光照明条件下的显微镜数字图像进行分析，分辨口腔与牙齿病变，比如龋齿、隐裂、菌斑、变色、口腔癌等，并标记或提示。标记方式可以为不同颜色文字、图框、边缘线、箭头、染色等单独方式或组合，同时可配合提示声音。自动标记需要进行进一步检查的疑似病变，并提醒操作者切换相应工作模式，如不同波段的荧光检测模式、偏振工作模式、或不同滤光模式等来进行检查。对于上述需要切换不同工作模式来进一步检查的，ai模块也可自动控制显微镜进行模式切换，并获得相应模式的图像进行进一步分析。具体模式切换实现方式可参见专利cn211741708u，在此不再赘述。
68.同时对其他导入数据进行汇总分析：综合分析患者信息(年龄、性别、血压、血氧饱和度、既往病史等)、cbct、根测仪、电子牙周探针、牙髓活力数据等信息，基于专家系统对牙齿状态进行评价，提示可行的治疗方案和治疗步骤；结合手术器械5的空间位置与深度信息，对备牙尺寸、深度、转速等进行指示或提醒，提高操作规范性；
69.本实施例的牙科显微诊疗系统还可以增设摄像模块，比如摄像机等，实时获得患者的表情图像数据，通过所述ai辅助分析模块对所述摄像模块采集的表情图像数据进行分析，判断其舒适度，并实时显示到所述ar显示模块显示区域3内的设定位置，方便操作者随时了解患者状态。
70.在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。
71.在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本技术请求保护的范围。
72.在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
73.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。