龋齿去除方法及基于牙科手术机器人的龋齿去除系统与流程

1.本发明涉及医疗技术领域，尤其涉及一种龋齿去除方法及基于牙科手术机器人的龋齿去除系统。


背景技术：

2.牙齿的健康被越来越多的人所重视，而龋齿则为最常见的一种牙齿疾病。龋齿是指牙体硬组织在菌斑细菌的影响下发生的慢性进行性破坏性疾病。龋齿初期是白垩色，随着龋齿病变的发展，则会从白垩色变为浅棕色，最终会变为黑色，对牙体硬组织的破坏也越来越深。现有技术中，对该疾病的治疗都是通过先去除龋齿再填充。对龋齿的去除，都是依赖牙科医生通过高速涡轮牙钻依靠经验和手工技巧手动去除龋齿。由于龋齿和牙齿正常的牙体硬组织是在一起的，牙科医生的经验不一，手工技巧水平有高低，操作标准很难统一，仅仅依靠经验和手工技巧手动去除龋齿，则可能会出现过量去除问题，即连带龋齿区域外的正常的牙体硬组织也会被去除一部分。


技术实现要素：

3.本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种龋齿去除方法及基于牙科手术机器人的龋齿去除系统，以解决过量去除问题。
4.为了解决上述技术问题，本发明实施例提出了一种龋齿去除方法，包括：步骤1：以预设角度向待治疗牙齿打光，拍摄牙齿被侵蚀导致有龋齿的端面或邻面的图像；步骤2：对图像进行灰度处理得到灰度图像，将灰度图像中各像素点的灰度值与预设灰度阈值比较，根据阈值分割法确定图像中的龋齿区域；步骤3：根据该区域各像素点的灰度值计算该区域与各像素点对应位置处的被侵蚀深度；步骤4：根据确定的区域和对应被侵蚀深度得到龋齿区域的三维图；步骤5：将三维图按预设厚度分层，得到各层的轮廓数据，根据轮廓数据依次生成各层的去除路径；步骤6：控制高速涡轮牙钻沿去除路径去除龋齿。
5.进一步地，步骤5中，根据预设像素宽度沿每层龋齿区域边缘某像素点顺时针或逆时针依次填充整层龋齿区域内，得到各层的填充路径，将填充路径作为去除路径。
6.进一步地，步骤1中，预设角度范围为60度～70度，以60度～70度向有龋齿的牙齿端面或邻面打白光。
7.进一步地，预设厚度的范围为0.04mm ～ 0.13mm。
8.进一步地，步骤3中，采用下式计算被侵蚀深度：当前像素点对应位置处的被侵蚀深度= |当前像素点的灰度值-预设灰度阈值|
×
k；
其中k为常数，单位为mm。
9.相应地，本发明实施例还提供了一种基于牙科手术机器人的龋齿去除系统，包括牙科手术机器人，牙科手术机器人包括存储器、处理器、高速涡轮牙钻、口腔灯和摄像头，所述存储器中包括龋齿去除方法程序，所述龋齿去除方法程序被所述处理器执行时实现如下步骤：步骤1：控制口腔灯以预设角度向待治疗牙齿打光，控制摄像头拍摄牙齿被侵蚀导致有龋齿的端面或邻面的图像；步骤2：对图像进行灰度处理得到灰度图像，将灰度图像中各像素点的灰度值与预设灰度阈值比较，根据阈值分割法确定图像中的龋齿区域；步骤3：根据该区域各像素点的灰度值计算该区域与各像素点对应位置处的被侵蚀深度；步骤4：根据确定的区域和对应被侵蚀深度得到龋齿区域的三维图；步骤5：将三维图按预设厚度分层，得到各层的轮廓数据，根据轮廓数据依次生成各层的去除路径；步骤6：控制高速涡轮牙钻沿去除路径去除龋齿。
10.进一步地，步骤5中，根据预设像素宽度沿每层龋齿区域边缘某像素点顺时针或逆时针依次填充整层龋齿区域内，得到各层的填充路径，将填充路径作为去除路径。
11.进一步地，步骤1中，预设角度范围为60度～70度，以60度～70度向有龋齿的牙齿端面或邻面打白光。
12.进一步地，预设厚度的范围为0.04mm ～ 0.13mm。
13.进一步地，步骤3中，采用下式计算被侵蚀深度：当前像素点对应位置处的被侵蚀深度= |当前像素点的灰度值-预设灰度阈值|
×
k；其中k为常数，单位为mm。
14.本发明的有益效果为：本发明灰度值计算龋齿区域的三维图，再根据三维图计算去除路径，相比现有的依赖经验控制，其去除方式更加合理，能够有效避免过量去除问题，保护患者正常的牙体组织。
附图说明
15.图1是本发明实施例的龋齿去除方法的流程图。
具体实施方式
16.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
17.请参照图1，本发明实施例的龋齿去除方法包括步骤1～步骤6。
18.步骤1：以预设角度向待治疗牙齿打光，拍摄牙齿被侵蚀导致有龋齿的端面或邻面的图像。作为一种实施方式，预设角度范围为60度～70度，以60度～70度向有龋齿的牙齿端面或邻面打高亮的强白光。具体实施时也可以打强紫光。由于牙齿釉质的特性，通过打强光，能够放大龋齿部分和正常牙体组织之间的色差，使获得的图像中的龋齿部分和正常牙
体组织之间的色差更大，能够更好地降低阈值分割法的误差以及被侵蚀深度的计算误差。优选地，在以预设角度向有龋齿的牙齿端面或邻面打高亮的强白光的同时，还向待治疗牙齿无龋齿的邻面打高亮的强白光，能够进一步降低误差。
19.步骤2：对图像进行灰度处理得到灰度图像，将灰度图像中各像素点的灰度值与预设灰度阈值比较，根据阈值分割法确定图像中的龋齿区域。即灰度值小于等于预设灰度阈值时判定为龋齿区域，大于阈值则判定为正常的牙体区域。经过实验得到，预设灰度阈值一般为140
±
8，优选为140。
20.步骤3：根据该区域各像素点的灰度值计算该区域与各像素点对应位置处的被侵蚀深度，得到龋齿区域各像素点对应位置处的深度数据。龋齿初期是白垩色，随着龋齿病变的发展，则会从白垩色变为浅棕色，最终会变为黑色，其颜色越深，被侵蚀深度越深，根据灰度值即可计算被侵蚀深度。
21.步骤4：根据确定的区域和深度数据得到龋齿区域的三维图。
22.步骤5：将三维图按预设厚度分层，得到各层的轮廓数据，根据轮廓数据由上到下依次生成各层的去除路径。预设厚度可根据高速涡轮牙钻的规格取值，范围为0.04mm ～ 0.13mm。优选为0.08 mm。
23.步骤6：控制高速涡轮牙钻沿去除路径去除龋齿。去除完成后再清洗，加入牙齿填充物等。
24.作为一种实施方式，步骤5中，根据预设像素宽度沿每层龋齿区域边缘某像素点顺时针或逆时针行走一周，由外向内依次填充整层龋齿区域内，得到各层的填充路径，将填充路径作为去除路径。具体实施时，也可以采用横向或纵向，依次一排排或一列列地填充整层龋齿区域内。经过实验发现由外向内一圈圈地去除的这种路径方式效果最佳，比一排排或一列列地去除的路径效果好。
25.预设像素宽度根据图像的分辨率和高速涡轮牙钻的规格确定。预设像素宽度对应的实际宽度=高速涡轮牙钻正常打磨宽度。
26.作为一种实施方式，步骤3中，采用下式计算被侵蚀深度：当前像素点对应位置处的被侵蚀深度= |当前像素点的灰度值-预设灰度阈值|
×
k；其中k为常数，单位为mm。k可经过试验得到，优选为0.00643 mm。
27.本发明实施例的基于牙科手术机器人的龋齿去除系统包括牙科手术机器人。本发明的龋齿去除方法可应用于现有的牙科手术机器人。牙科手术机器人的高精度的多自由度机械臂驱动高速涡轮牙钻沿去除路径去除龋齿。牙科手术机器人包括存储器、处理器、高速涡轮牙钻、口腔灯和摄像头。现有的牙科手术机器人主要有3部分：多自由度机械臂——在末端装有高速涡轮牙钻，并通过精密运动为患者打磨牙齿；控制台——医生在上面做出手术动作，再由数字系统解析给机械臂；成像系统——通过摄像头将手术画面反馈至显示屏。
28.手术机器人以及在医疗行业各方面都有应用，现有的牙科手术机器人能够大大减轻牙科医生的工作量。
29.所述存储器中包括龋齿去除方法程序，所述龋齿去除方法程序被所述处理器执行
时实现如下步骤：步骤1：控制口腔灯以预设角度向待治疗牙齿打光，控制摄像头拍摄牙齿被侵蚀导致有龋齿的端面或邻面的图像；步骤2：对图像进行灰度处理得到灰度图像，将灰度图像中各像素点的灰度值与预设灰度阈值比较，根据阈值分割法确定图像中的龋齿区域；步骤3：根据该区域各像素点的灰度值计算该区域与各像素点对应位置处的被侵蚀深度；步骤4：根据确定的区域和深度数据得到龋齿区域的三维图；步骤5：将三维图按预设厚度分层，得到各层的轮廓数据，根据轮廓数据依次生成各层的去除路径；步骤6：控制高速涡轮牙钻沿去除路径去除龋齿。
30.作为一种实施方式，步骤5中，根据预设像素宽度沿每层龋齿区域边缘某像素点顺时针或逆时针依次填充整层龋齿区域内，得到各层的填充路径，将填充路径作为去除路径。
31.作为一种实施方式，步骤1中，预设角度范围为60度～70度，以60度～70度向有龋齿的牙齿端面或邻面打白光。
32.作为一种实施方式，预设厚度的范围为0.04mm ～ 0.13mm。
33.作为一种实施方式，步骤3中，采用下式计算被侵蚀深度：当前像素点对应位置处的被侵蚀深度= |当前像素点的灰度值-预设灰度阈值|
×
k；其中k为常数，单位为mm。
34.具体实施时，牙科手术机器人的定位可采用现有技术。先建立摄像头相机模型，根据摄像头相机模型进行视觉变换，将三维空间点投影到二维平面上，具体为：设龋齿所在点为s点，空间点s在成像平面上的投影点为h点，则在图像坐标系中h点的坐标为(x，y)，s点在摄像头坐标系中坐标为(x ,y ,z)，则所述的摄像头相机模型的代数表示为：；其中，λ表示比例因子，x，y表示图像坐标系中h点的坐标值，f表示摄像头的焦距，x ,y ,z表示s点在摄像头坐标系中坐标值。
35.再建立牙齿形状模型，通过求解所述牙齿形状模型的各参数信息以及牙齿图像信息确定龋齿区域各像素点的坐标信息。
36.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。