CN108143396A - 一种基于荧光成像的便携式早期龋齿诊断装置及诊断方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于荧光成像的便携式早期龋齿诊断装置及诊断方法，包括：照射牙齿的激发光源，接收牙齿或牙菌斑产生的自体荧光的滤光片，接收滤光后的荧光的光学透镜，接收经过光学透镜的荧光的CCD图像传感器，将CCD图像传感器的数据进行信号转换的FPGA硬件电路，接收转换后信号并输出图像的图像分析诊断平台。本发明通过查看采集到的牙齿荧光图像，实现监测牙菌斑含量的动态变化，在龋洞形成前通过预防性措施来改善这种趋势，对龋齿预防和治疗起着至关重要的作用；牙齿的荧光图像和诊断结果通过网络自行上传至云服务器，用户和医生可随时获取查看检查和诊断信息，及时监控牙齿健康状况，实现智能化的诊断方案。
Description
技术领域
本发明涉及口腔治疗领域，特别是一种口腔疾病诊断装置及诊断方法。
背景技术
在没有外源性荧光物质，由生物体组织内的荧光团产生的荧光发射叫做自体荧光。牙齿的主要成分羟基磷灰石和胶原蛋白，在一定波长光激发下都会发生自体荧光效应。当牙齿出现龋损时，牙菌斑的代谢物卟啉类化合物也会产生自体荧光效应。因此，基于牙齿与龋齿及牙菌斑自体荧光光谱的差异性，可以对早期龋齿进行定量检测。
随人们口腔卫生及健康意识的不断提高，牙齿健康越来越受到重视，龋齿是困扰人们的最普通疾病之一。而牙菌斑里面的牙细菌进行新陈代谢分泌出的酸性物质，会导致牙釉质脱矿的速率大于牙釉质再矿化的速率，从而破坏两者的动态平衡，是造成龋病的重要原因。所以牙菌斑的检测对早期龋齿的诊断具有重要意义，能够在体内检测牙菌斑含量的动态变化，在龋洞形成前通过预防性措施来改善这种趋势，对龋齿预防和治疗都起着至关重要的作用。
传统的牙齿健康诊断方法包括视诊、探针、X 线片等非光学龋齿检测方法具有主观性或有损性，且无法定量检测龋损程度。而现有的利用荧光分析来检测早期龋齿的方法都具有一定的局限性，检测仪器较为昂贵且大多尚且只能实现体外测量，无法实现体内实时检测并逐步推广到家用化；本发明解决这样的问题。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于荧光成像的便携式早期龋齿诊断装置及诊断方法，本发明具有可视化、定量化、无损性等特点，能够实现对牙菌斑的实时智能化检测。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种基于荧光成像的便携式早期龋齿诊断装置，包括：照射牙齿的激发光源，接收牙齿或牙菌斑产生的自体荧光的滤光片，接收滤光后的荧光的光学透镜，接收经过光学透镜的荧光的CCD 图像传感器，将CCD 图像传感器的数据进行信号转换的FPGA硬件电路，接收转换后信号并输出图像的图像分析诊断平台。
前述的一种基于荧光成像的便携式早期龋齿诊断装置， FPGA硬件电路与图像分析诊断平台之间通过有线通讯装置或无线通讯装置进行信息传输。
前述的一种基于荧光成像的便携式早期龋齿诊断装置，有线通讯装置包括：光纤通讯装置或USB通讯装置；无线通讯装置包括：wifi通讯装置、红外通讯装置或蓝牙通讯装置。
前述的一种基于荧光成像的便携式早期龋齿诊断装置，激发光源有多个，激光光源的中心点的连线为圈形。
前述的一种基于荧光成像的便携式早期龋齿诊断装置，激发光源为LED激发光源。
前述的一种基于荧光成像的便携式早期龋齿诊断装置， FPGA硬件电路包括：FPGA硬件电路包括：FPGA主控芯片，在FPGA主控芯片的控制下将将光信号转变成视频模拟信号的CCD图像传感模块，将CCD图像传感模块传出的数模信息转换变成视频数字信号 的AD转换器，将信息传输到上位机进行格式转换后显示出图像的USB接口，提供各个模块能量的电源。
前述的一种基于荧光成像的便携式早期龋齿诊断装置，图像分析诊断平台由基于Windows操作系统和OpenCV图像库的下位机组成。
前述的一种基于荧光成像的便携式早期龋齿诊断装置的诊断方法，包括如下步骤：
步骤一，创建或更新病人信息档案；若病人首次使用该诊断装置进行龋齿诊断，则创建新的档案资料；若病人不是第一次使用该诊断装置，则调取先前存储的档案并进行更新；
步骤二，将图像分析诊断平台调至查看模式，打开激发光源，利用滤光片、光学透镜和CCD 图像传感器进行龋齿图像采集，利用FPGA硬件电路进行信号转换和图像预处理；
步骤三，将图像分析诊断平台调至诊断模式，对采集的荧光图像进行分析诊断，牙面上的像素类型只有含牙菌斑像素和健康牙齿像素，将牙菌斑提取转变成二分类问题，并利用OpenCV图像库的朴素贝叶斯分类器进行分类，提取牙菌斑区域后，对牙菌斑含量进行量化；定义牙菌斑百分比PPI为牙齿牙面上牙菌斑区域占整个牙面上的比例，PPI=牙菌斑区域像素数目/整个牙齿区域像素数目，在OpenCV中进行计算后以假彩图形式直观的显示诊断结果，将诊断结果保存至病人信息档案数据库，并自动上传至云服务器。
前述的一种基于荧光成像的便携式早期龋齿诊断装置的诊断方法，图像预处理为将采集的荧光图像中所需要关注的牙齿位置及龋病区域图像分割出来。
本发明的有益之处在于：本发明提供一种基于荧光成像的便携式早期龋齿诊断装置及其诊断方法，通过查看采集到的牙齿荧光图像，实现监测牙菌斑含量的动态变化，在龋洞形成前通过预防性措施来改善这种趋势，对龋齿预防和治疗起着至关重要的作用；牙齿的荧光图像和诊断结果通过网络自行上传至云服务器，用户和医生可随时获取查看检查和诊断信息，及时监控牙齿健康状况，实现智能化的诊断方案。
附图说明
图1是本发明的一种实施例的结构示意图；
图2是本发明诊断方法的流程示意图；
图3是本发明FPGA硬件电路结构图；
图中附图标记的含义：
1 牙齿，2 激发光源，3 滤光片，4 光学透镜，5 CCD图像传感器，6 FPGA硬件电路，7 图像分析诊断平台。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
一种基于荧光成像的便携式早期龋齿诊断装置，包括：照射牙齿1的激发光源2，接收牙齿1或牙菌斑产生的自体荧光的滤光片3，接收滤光后的荧光的光学透镜4，接收经过光学透镜4的荧光的CCD图像传感器5，将CCD图像传感器5的数据进行信号转换的FPGA硬件电路6，接收转换后信号并输出图像的图像分析诊断平台7。选用滤光片可以滤除激发光，采用光学透镜可以提高系统信噪比。
FPGA硬件电路6与图像分析诊断平台7之间通过有线通讯装置或无线通讯装置进行信息传输。有线通讯装置包括：光纤通讯装置或USB通讯装置；无线通讯装置包括：wifi通讯装置、红外通讯装置或蓝牙通讯装置。
激发光源2有多个，激光光源的中心点的连线为圈形。作为一种优选，激发光源2为LED激发光源2。
FPGA硬件电路包括：FPGA硬件电路包括：FPGA主控芯片，在FPGA主控芯片的控制下将将光信号转变成视频模拟信号的CCD图像传感模块，将CCD图像传感模块传出的数模信息转换变成视频数字信号 的AD转换器，将信息传输到上位机进行格式转换后显示出图像的USB接口，提供各个模块能量的电源。作为另一种实施例，也可以通过无线通讯器将信息传输至上位机进行格式转换后显示出图像。图像分析诊断平台7由基于Windows操作系统和OpenCV图像库的下位机组成。
本发明提供的诊断装置工作原理和信号处理过程如下：
在LED激发光源2照射下，牙齿1或牙菌斑产生的自体荧光经滤光片3滤光，然后通过光学透镜4后由彩色CCD图像传感器5接收，CCD数据在FPGA硬件电路6的控制下进行信号转换，最后该信号通过通讯装置传输至图像分析诊断平台77进行格式转换后输出图像。
一种基于荧光成像的便携式早期龋齿诊断装置的诊断方法，包括如下步骤：
步骤一，创建或更新病人信息档案；若病人首次使用该诊断装置进行龋齿诊断，则创建新的档案资料；若病人不是第一次使用该诊断装置，则调取先前存储的档案并进行更新；
步骤二，将图像分析诊断平台7调至查看模式，打开激发光源2，利用滤光片3、光学透镜4和CCD图像传感器5进行龋齿图像采集，利用FPGA硬件电路6进行信号转换和图像预处理；需要说明的是，图像预处理为将采集的荧光图像中所需要关注的牙齿1位置及龋病区域图像分割出来；这样的设计提高诊断效率。
步骤三，将图像分析诊断平台调至诊断模式，对采集的荧光图像进行分析诊断，牙面上的像素类型只有含牙菌斑像素和健康牙齿像素，将牙菌斑提取转变成二分类问题，并利用OpenCV图像库的朴素贝叶斯分类器进行分类，提取牙菌斑区域后，对牙菌斑含量进行量化；定义牙菌斑百分比PPI为牙齿牙面上牙菌斑区域占整个牙面上的比例，PPI=牙菌斑区域像素数目/整个牙齿区域像素数目，在OpenCV中进行计算后以假彩图形式直观的显示诊断结果，将诊断结果保存至病人信息档案数据库，并自动上传至云服务器。
本发明提供一种基于荧光成像的便携式早期龋齿诊断装置及其诊断方法，通过查看采集到的牙齿1荧光图像，实现监测牙菌斑含量的动态变化，在龋洞形成前通过预防性措施来改善这种趋势，对龋齿预防和治疗起着至关重要的作用；牙齿1的荧光图像和诊断结果通过网络自行上传至云服务器，用户和医生可随时获取查看检查和诊断信息，及时监控牙齿1健康状况，实现智能化的诊断方案。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种基于荧光成像的便携式早期龋齿诊断装置，其特征在于，包括：照射牙齿的激发光源，接收牙齿或牙菌斑产生的自体荧光的滤光片，接收滤光后的荧光的光学透镜，接收经过光学透镜的荧光的CCD 图像传感器，将上述CCD 图像传感器的数据进行信号转换的FPGA硬件电路，接收转换后信号并输出图像的图像分析诊断平台。
2.根据权利要求1所述的一种基于荧光成像的便携式早期龋齿诊断装置，其特征在于，上述FPGA硬件电路与图像分析诊断平台之间通过有线通讯装置或无线通讯装置进行信息传输。
3.根据权利要求2所述的一种基于荧光成像的便携式早期龋齿诊断装置，其特征在于，上述有线通讯装置包括：光纤通讯装置或USB通讯装置；上述无线通讯装置包括：wifi通讯装置、红外通讯装置或蓝牙通讯装置。
4.根据权利要求1所述的一种基于荧光成像的便携式早期龋齿诊断装置，其特征在于，上述激发光源有多个，激光光源的中心点的连线为圈形。
5.根据权利要求1所述的一种基于荧光成像的便携式早期龋齿诊断装置，其特征在于，上述激发光源为LED激发光源。
6.根据权利要求1所述的一种基于荧光成像的便携式早期龋齿诊断装置，其特征在于，上述FPGA硬件电路包括：FPGA主控芯片，在FPGA主控芯片的控制下将将光信号转变成视频模拟信号的CCD图像传感模块，将CCD图像传感模块传出的数模信息转换变成视频数字信号的AD转换器，将信息传输到上位机进行格式转换后显示出图像的USB接口，提供各个模块能量的电源。
7.根据权利要求1所述的一种基于荧光成像的便携式早期龋齿诊断装置，其特征在于，上述图像分析诊断平台由基于Windows操作系统和OpenCV图像库的下位机组成。
8.根据权利要求1所述的一种基于荧光成像的便携式早期龋齿诊断装置的诊断方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，创建或更新病人信息档案；若病人首次使用该诊断装置进行龋齿诊断，则创建新的档案资料；若病人不是第一次使用该诊断装置，则调取先前存储的档案并进行更新；
步骤二，将图像分析诊断平台调至查看模式，打开激发光源，利用滤光片、光学透镜和CCD 图像传感器进行龋齿图像采集，利用FPGA硬件电路进行信号转换和图像预处理；
步骤三，将图像分析诊断平台调至诊断模式，对采集的荧光图像进行分析诊断，牙面上的像素类型只有含牙菌斑像素和健康牙齿像素，将牙菌斑提取转变成二分类问题，并利用OpenCV图像库的朴素贝叶斯分类器进行分类，提取牙菌斑区域后，对牙菌斑含量进行量化；定义牙菌斑百分比PPI为牙齿牙面上牙菌斑区域占整个牙面上的比例，PPI=牙菌斑区域像素数目/整个牙齿区域像素数目，在OpenCV中进行计算后以假彩图形式直观的显示诊断结果，将诊断结果保存至病人信息档案数据库，并自动上传至云服务器。
9.根据权利要求8所述的一种基于荧光成像的便携式早期龋齿诊断装置的诊断方法，其特征在于，上述图像预处理为将采集的荧光图像中所需要关注的牙齿位置及龋病区域图像分割出来。
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