本發(fā)明屬于牙槽骨力學(xué)特性的測(cè)量領(lǐng)域，具體涉及一種基于高能x射線測(cè)量牙槽骨彈性模量的方法及其裝置。

背景技術(shù)：

1、隨著科技的飛速發(fā)展，智慧醫(yī)療和生命健康領(lǐng)域迎來(lái)了前所未有的變革?，F(xiàn)代醫(yī)療技術(shù)正逐步從傳統(tǒng)的診療模式轉(zhuǎn)變?yōu)楦又悄芑?、個(gè)性化的醫(yī)療服務(wù)。智慧醫(yī)療通過(guò)整合先進(jìn)的信息技術(shù)，如物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和人工智能，實(shí)現(xiàn)了對(duì)醫(yī)療資源的高效管理和對(duì)患者健康的精準(zhǔn)監(jiān)控。這種轉(zhuǎn)變不僅提高了醫(yī)療服務(wù)的質(zhì)量和效率，還為患者提供了更加便捷和舒適的就醫(yī)體驗(yàn)。牙槽骨作為牙齒的重要支撐結(jié)構(gòu)，其力學(xué)特性直接影響牙齒的穩(wěn)定性和功能。傳統(tǒng)的牙槽骨彈性模量測(cè)量方法通常需要侵入性操作，如活體組織檢查，這不僅給患者帶來(lái)不適，而且可能影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。此外，這些方法耗時(shí)較長(zhǎng)，且難以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)牙槽骨的動(dòng)態(tài)變化。并且目前測(cè)量人體牙槽骨彈性模量通常只能通過(guò)從尸體上取樣測(cè)量或者是通過(guò)動(dòng)物牙齒測(cè)量進(jìn)行估算，這種測(cè)量具有盲目性。這些方法可能無(wú)法準(zhǔn)確反映活體牙槽骨的力學(xué)特性。因此，開(kāi)發(fā)一種個(gè)性化、非侵入性、高精度的牙槽骨彈性模量測(cè)量方法對(duì)于口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種基于高能x射線測(cè)量牙槽骨彈性模量的方法及其裝置，先將牙科加載裝置固定在患者待測(cè)牙齒與其相鄰牙齒上，一端進(jìn)行固定另一對(duì)端進(jìn)行持續(xù)施加一個(gè)微小的載荷再通過(guò)高能x射線對(duì)牙槽骨進(jìn)行照射，利用x射線在牙槽骨中的衰減特性，結(jié)合圖像處理技術(shù)，根據(jù)牙槽骨的變形量以及實(shí)時(shí)載荷大小繪制出應(yīng)力應(yīng)變曲線從而計(jì)算出彈性模量；測(cè)量原理明確，使用高能x射線測(cè)量設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、一種基于高能x射線測(cè)量牙槽骨彈性模量的方法，包括以下步驟：

4、(1)拍高能x射線片之前，患者斜躺在牙科椅上在醫(yī)生的指導(dǎo)下將專用牙科加載裝置的粘附面固定并安裝在需要治療的牙齒與其相鄰牙齒上。患者斜躺時(shí)頭部應(yīng)向上傾斜，嘴巴張開(kāi)。醫(yī)生確認(rèn)待測(cè)牙齒位置并手動(dòng)操作伸縮臂將高能x射線發(fā)生器移動(dòng)到待測(cè)牙齒附近；

5、(2)牙科加載裝置啟動(dòng)后伺服電機(jī)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩帶動(dòng)精密齒輪旋轉(zhuǎn)，與之配合的精密齒條向前運(yùn)動(dòng)逐漸施加5-15克的微小載荷(往牙齒方向移動(dòng))，同時(shí)醫(yī)生操作牙科高能x射線機(jī)對(duì)牙槽骨進(jìn)行照射。位移傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器和載荷傳感器實(shí)時(shí)讀取數(shù)據(jù)并上傳至工控機(jī)。顯示器開(kāi)始生成由圖像處理單元處理后的圖像，工控機(jī)根據(jù)內(nèi)部算法計(jì)算出該牙槽骨的彈性模量；

6、(3)待醫(yī)生分析完工控機(jī)計(jì)算出的彈性模量后，并將結(jié)果記錄在患者病歷中后需拆卸牙科加載裝置?；颊呖煽诤睇}水，在鹽水稀釋膠水后，醫(yī)生用大拇指和食指夾住牙科加載裝置并輕輕左右搖晃，牙科加載裝置出現(xiàn)明顯移動(dòng)后即可稍用力將其拆卸。

7、本發(fā)明所述測(cè)量方法的工作原理是：

8、記錄下牙科加載裝置傳感器的實(shí)時(shí)載荷大小，并通過(guò)高能x射線結(jié)合圖像處理技術(shù)捕獲牙槽骨的變形過(guò)程，結(jié)合參數(shù)繪制應(yīng)力應(yīng)變曲線從而計(jì)算出牙槽骨的彈性模量。

9、具體如下：患者先將專用牙科加載裝置固定并安裝在需要治療的牙齒與其相鄰牙齒上，該裝置識(shí)別牙齒后開(kāi)始持續(xù)供給一個(gè)5-15g的力。內(nèi)部微型伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)精密齒輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)精密齒條前后運(yùn)動(dòng)，精密齒條中間固定一個(gè)定剛度彈簧。電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器實(shí)時(shí)讀取電機(jī)的轉(zhuǎn)速信息，位移傳感器和載荷傳感器讀取定剛度彈簧的壓縮信息根據(jù)胡克定律計(jì)算出給與的力大小。此時(shí)牙科高能x射線機(jī)通過(guò)成像技術(shù)結(jié)合圖像處理技術(shù)根據(jù)牙槽骨的多孔結(jié)構(gòu)在內(nèi)部松質(zhì)骨孔洞處選取一個(gè)特征標(biāo)記點(diǎn)，在牙科加載裝置施加載荷的過(guò)程中記錄標(biāo)記點(diǎn)的位移路徑，具體為：在高能x射線掃描圖像上定義一個(gè)roi區(qū)域,該區(qū)域應(yīng)包含待測(cè)牙齒及牙槽骨輪廓且有較多松質(zhì)骨孔洞。利用圖像分割法，將牙槽骨邊緣分割為特征一，將松質(zhì)骨孔洞分割為特征二。最后分別記錄牙槽骨位移，特征標(biāo)記松質(zhì)骨孔洞中心點(diǎn)位移與特征標(biāo)記松質(zhì)骨孔洞面積變化。工控機(jī)在采集這些數(shù)據(jù)后根據(jù)牙科加載裝置施加載荷的大小和標(biāo)記點(diǎn)的位移大小計(jì)算出該牙槽骨的彈性模量大小。

10、

11、δa(t)＝a(t)-a0(3)

12、

13、f(δr(t),δa(t))＝δh(5)

14、由公式(1)通過(guò)傳感器讀取力的大小結(jié)合粘附面的截面積進(jìn)而計(jì)算出牙槽骨受到的應(yīng)力大小，由公式(2)即可通過(guò)基于oliver?pharr方法計(jì)算彈性模量變得到牙槽骨的彈性模量大小。其中f為牙科加載裝置的推桿推力，s為粘附面的截面積，σ為牙槽骨受的應(yīng)力大小，δh為標(biāo)記點(diǎn)的位移具體為特征標(biāo)記松質(zhì)骨孔洞中心點(diǎn)位移和松質(zhì)骨孔洞面積定義的函數(shù)，δa(t)為特征標(biāo)記松質(zhì)骨孔洞面積差，a(t)為t時(shí)刻特征標(biāo)記松質(zhì)骨孔洞面積，a0為特征標(biāo)記松質(zhì)骨孔洞初始面積，δr(t)為特征標(biāo)記松質(zhì)骨孔洞位移大小，(x0，y0)為特征標(biāo)記松質(zhì)骨孔洞中心點(diǎn)初始時(shí)刻坐標(biāo)，(xc(t)，yc(t))為特征標(biāo)記松質(zhì)骨孔洞中心點(diǎn)t時(shí)刻坐標(biāo)，δσ為載荷變化大小。

15、一種測(cè)量牙槽骨彈性模量的裝置(專用牙科加載裝置)，包括微型伺服電機(jī)、精密齒輪、定剛度彈簧、殼體、粘附面、轉(zhuǎn)速傳感器、載荷傳感器、精密齒條、控制芯片，整體裝置為立方體結(jié)構(gòu)(1立方厘米大小)，外面有殼體部分(防水)，殼體的一側(cè)為粘附面部分，粘附面上粘有固定粘附塊與牙齒面粘附塊，牙齒面粘附塊背面與精密齒條緊貼。殼體內(nèi)部設(shè)有微型伺服電機(jī)與電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器，電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器用于實(shí)時(shí)讀取電機(jī)的轉(zhuǎn)速信息。微型伺服電機(jī)前段裝有精密齒輪，精密齒輪與精密齒條配合運(yùn)動(dòng)提供推力。精密齒條中間裝有定剛度彈簧，位移傳感器和載荷傳感器根據(jù)定剛度彈簧的壓縮信息計(jì)算出載荷大小與標(biāo)記點(diǎn)的位移大小。粘附面通過(guò)膠水粘附在患者待測(cè)的牙齒表面上進(jìn)行固定。

16、作為測(cè)量裝置的一種補(bǔ)充，所述電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器與位移傳感器、載荷傳感器組成了一個(gè)智能反饋系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠根據(jù)牙槽骨的實(shí)時(shí)變形數(shù)據(jù)自動(dòng)調(diào)整牙科加載裝置施加的載荷大小。該系統(tǒng)通過(guò)深度學(xué)習(xí)，卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(cnn)分析x射線成像和圖像處理技術(shù)獲取的牙槽骨變形數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)計(jì)算并調(diào)整載荷，用來(lái)確保不同患者的不同牙槽骨條件下都能獲得準(zhǔn)確的彈性模量測(cè)量結(jié)果。所述智能反饋系統(tǒng)提高了測(cè)量的精確性和可靠性。

17、作為測(cè)量裝置的一種補(bǔ)充，所述牙科高能x射線機(jī)設(shè)有調(diào)節(jié)高度的伸縮臂用于測(cè)量不同部位的牙槽骨，伸縮臂位于支架模塊上方，伸縮臂前段為高能x射線發(fā)生器，高能x射線發(fā)生器前段安有用于保護(hù)患者和操作者免收不必要輻射的防護(hù)設(shè)備，后端置有包含圖像處理功能以及顯示分析功能的工控機(jī)與顯示器，其余裝置可用常見(jiàn)牙科裝置配套使用例如牙科椅和多功能可調(diào)節(jié)工作盤等。

18、作為測(cè)量裝置的一種補(bǔ)充，所述工控機(jī)與牙科高能x射線機(jī)通過(guò)有線直連，牙科加載裝置和工控機(jī)通過(guò)藍(lán)牙無(wú)線相連。

19、本發(fā)明的有益效果為：

20、1.本發(fā)明提出以高能x射線來(lái)測(cè)量活體人類牙槽骨的彈性模量，突破了傳統(tǒng)侵入性操作，解決了以往測(cè)量牙槽骨彈性模量盲目模糊的弊端。

21、2.利用高能x射線成像技術(shù)，可以清晰觀察牙槽骨內(nèi)部結(jié)構(gòu)，結(jié)合圖像處理結(jié)束，能夠精確檢測(cè)牙槽骨在微小載荷下的變形情況。

22、3.裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于安裝和操作，醫(yī)生可以快速完成測(cè)量過(guò)程，提高了工作效率。

23、4.使用生理鹽水即可輕松拆卸裝置，減少了對(duì)環(huán)境的影響，同時(shí)也減少了患者的不適。