[发明专利]牙科根尖片虚拟教学系统及虚拟根尖片的获取方法

权利要求书

1.一种牙科根尖片虚拟教学系统，其特征在于，包括工作站和牙片机，其中，

所述牙片机包括安装板、立柱、头部固定装置、五轴机械臂、球管和座椅，所述立柱设置在所述安装板上方，所述头部固定装置和所述座椅分别固定安装于所述立柱的上下位置，所述五轴机械臂包括五个关节模组和五个连杆，所述五轴机械臂的两端分别连接所述立柱的顶部和所述球管；

所述工作站与所述牙片机通信连接，以使所述牙片机通过所述球管对牙列模型中的标准牙进行定位，产生所述标准牙在虚拟平面的虚拟投影图像数据，并将所述虚拟投影图像数据发送到所述工作站进行渲染，得到所述牙列模型对应的虚拟根尖片。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述五轴机械臂包括：

第一关节模组，设置在所述立柱与第一连杆之间；

第二关节模组，设置在所述第一连杆和第二连杆之间；

第三关节模组，设置在所述第二连杆和第三连杆之间；

第四关节模组，设置在所述第三连杆和第四连杆之间；

第五关节模组，设置在所述第四连杆和第五连杆之间，所述第五连杆连接所述球管；

其中，每个所述关节模组内包含一多圈绝对值编码器，配置为获取对应所述关节模组的转动圈数。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：可编程逻辑控制器PLC和交换机，依次设置在所述牙片机和所述工作站之间，其中，每个所述关节模组的转动圈数通过所述PLC发送到所述交换机，然后通过所述交换机发送到所述工作站，所述工作站根据每个所述关节模组的转动圈数、每个所述关节模组的长度、每个所述连杆的长度以及所述牙列模型在世界坐标系下的坐标，确定所述牙列模型在球管坐标系下的坐标以及所述世界坐标系与所述球管坐标系之间的旋转矩阵，进而渲染得到对应的所述虚拟根尖片。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述牙片机还包括：

脚轮，安装在所述安装板的下方。

5.一种虚拟根尖片的获取方法，其特征在于，包括：

获取牙列模型不同角度的初始渲染图像；

通过牙片机的球管拍摄所述牙列模型在预设位置的图像，其中，所述牙片机包括五轴机械臂，所述五轴机械臂包括五个关节模组和五个连杆，所述五轴机械臂的端部连接所述球管；

根据每个所述关节模组的转动圈数、每个所述关节模组的长度、每个所述连杆的长度以及所述牙列模型在世界坐标系下的坐标，确定所述牙列模型在球管坐标系下的坐标以及所述世界坐标系与所述球管坐标系之间的旋转矩阵；

根据所述牙列模型在球管坐标系下的坐标、所述世界坐标系与所述球管坐标系之间的旋转矩阵、球管的空间姿态和欧拉角，结合所述牙列模型的初始渲染图像，得到所述牙列模型对应的虚拟根尖片。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据每个所述关节模组的转动圈数、每个所述关节模组的长度、每个所述连杆的长度以及所述牙列模型在世界坐标系下的坐标，确定所述牙列模型在球管坐标系下的坐标以及所述世界坐标系与所述球管坐标系之间的旋转矩阵，包括：

根据每个所述关节模组的转动圈数确定每个所述关节模组的转动角度；

通过机械臂DH坐标系和变换矩阵确定所述牙列模型在球管坐标系下的坐标以及所述世界坐标系与所述球管坐标系之间的旋转矩阵。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在得到所述牙列模型对应的虚拟根尖片之后，所述方法还包括：

确定真实X光片和所述虚拟根尖片之间是否存在偏差，其中，所述真实X光片为使用X光机拍摄的所述牙列模型的X光片，所述X光机在拍摄所述真实X光片时，与所述牙片机在拍摄所述虚拟根尖片时的所述牙列模型的放置位置和球管角度保持一致；

在确定存在偏差时，根据所述真实X光片和所述虚拟根尖片的偏差调整所述牙列模型的放置位置和所述球管角度。