一种基于UWB技术的牙科X射线对准器及口腔拍摄方法

技术领域

本申请涉及一种基于UWB技术的牙科X射线对准器及口腔拍摄方法，属于口腔医疗器械技术领域。

背景技术

DR传感器和牙科X射线机是用于获取口腔图像的口腔医疗器械，牙科X射线机用于发射X射线，DR传感器采集后用于成像，但现有DR传感器和牙科X射线机属于两个独立的产品，两个产品没有交互信息，通常会造成拍片时DR传感器和牙科X射线机很难对位，容易造成废片，需要多次重复拍摄。

针对DR传感器和牙科X射线机对位困难的问题，现有技术一般是借助专门辅助工具来对位，这种方式存在以下缺点：

1、借助专门辅助工具来对位，且医护人员还得记住如何使用该工具，步骤比较繁琐，操作流程复杂，完全依赖于医生手动对位；

2、多次对位，拍摄的结果不满意，导致患者承受更多的辐射；

3、加剧了患者的不适感；

4、损耗更多的时间和费用；

5、临床效率低。

发明内容

本申请要解决的技术问题是DR传感器和牙科X射线机对位困难的问题。

为了解决上述技术问题，本申请的技术方案是提供了一种基于UWB技术的牙科X射线对准器，用于DR传感器和牙科X射线机的对位，所述牙科X射线机连接设有X光机球管头；对准器包括UWB定位器、UWB标签和固定环，所述UWB定位器设于DR传感器上，所述UWB标签的数量大于等于三、均匀分布设于固定环上，所述固定环设于X光机球管头上，固定环中心与X光机球管头中心重合。

优选的，所述UWB定位器通信连接至上位机。

优选的，所述UWB标签的数量大于等于三，基于TOA定位方法获取UWB定位器与UWB标签的相对位置关系从而获取DR传感器与固定环的相对位置关系，并通过上位机显示。

优选的，所述上位机设有屏幕显示提示或蜂鸣器提示，提示DR传感器位于固定环中心位置内。

本申请还提供了一种基于UWB技术的牙科X射线对准器的口腔拍摄方法，使用上述的基于UWB技术的牙科X射线对准器，包括以下步骤：

步骤一、将DR传感器与上位机连接；

步骤二、将带有UWB定位器的DR传感器置于患者的口腔内；

步骤三、将带有UWB标签固定环的X光机球管头在DR传感器处移动，进行位置确认；

步骤四、在X光机球管头移动过程中，在上位机查看DR传感器是否置于固定环内；

步骤五、当DR传感器与固定环对准，上位机进行提示；

步骤六、按下拍摄，即可完成牙齿拍片。

本申请优点在于，通过UWB定位器感应UWB标签的位置，通过判断多个UWB标签的位置来辨别DR传感器相对固定环的位置，快速便捷高效地拍摄患者口腔，反映出牙齿内部解剖特征的深度信息，口腔治疗过程智能化，从而提高临床效率，使患者减少x射线辐射。

附图说明

图1-1为实施例中提供的DR传感器、UWB定位器与上位机连接示意图；

图1-2为实施例中提供的带有UWB标签的固定环示意图；

图2-1为UWB定位原理示意图一；

图2-2为UWB定位原理示意图二；

图3为实施例中提供的基于UWB定位器和多UWB标签定位示意图；

图4为实施例中提供的基于UWB定位器和多UWB标签定位计算几何原理图；

图5为DR传感器与固定环的相对位置关系通过上位机显示示意图；

附图标记：1-固定环；2-UWB定位器；3-UWB标签；4-DR传感器；5-上位机。

具体实施方式

为使本申请更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

本申请提供的是基于UWB技术的牙科X射线对准器，通过UWB定位器感应UWB标签的位置，通过判断多个UWB标签的位置来辨别DR传感器相对固定环的位置，快速便捷高效的拍摄患者口腔，反映出牙齿内部解剖特征的深度信息，口腔治疗过程智能化，从而提高临床效率，使患者减少x射线辐射。

具体的，参见图1-1和图1-2，包括带有UWB标签3的固定环1以及UWB定位器2，固定环1套在牙科X射线机连接的X光机球管头上，保持固定环1中心与X光机球管头中心重合。UWB标签3均匀分布在固定环1上，数量可根据实际需要确认，本实施例以三个为例，但不限于三个。UWB定位器2可内置于DR传感器4内，也可独立置于DR传感器4外。UWB定位器2的信号通信连接至上位机5，可以采用线缆也可以采用无线方式，上位机为PC或Pad，PC上位机可适用于室内固定的口腔图像采集，Pad可适用于便携移动式的口腔图像采集。

定位方法：

UWB技术是一种使用1GHz以上频率带宽的无线载波通信技术。它不采用正弦载波，而是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此其所占的频谱范围很大，尽管使用无线通信，但其数据传输速率可以达到几百兆比特每秒以上。使用UWB技术可在非常宽的带宽上传输信号。UWB技术解决了困扰传统无线通信技术多年的有关传播方面的重大难题，具有对信道衰落不敏感、发射信号功率谱密度低、截获率低、系统复杂度低、能提供数厘米的定位精度等优点。

UWB定位原理和卫星导航定位原理相类似，由多个定位基站和定位标签组成。定位基站相对位置已知，定位标签由人员携带或安装在移动的设备上。标签按照一定的频率向外发射脉冲信号与已知位置的定位基站进行通信，通过飞行时间法测得定位标签与每个定位基站的距离，最后将测得的距离数据计算得到定位标签的位置。定位技术的关键在于测得每个基站与标签的距离，也可以把基站与标签的身份互换，也就是由多个定位标签和定位器(基站)组成，参见图2-1和图2-2。

UWB定位方法常见的有TWR定位方法、TOA定位方法、TDOA定位方法等。

TWR(双向测距法)定位方法利用标签和基站之间的往返飞行时间(TOF)计算标签到基站之间的距离，最后通过三边定位算法计算标签的位置。这种方法需要标签和基站同时具备发送和接收信号的能力，在测量中既要接收信号，也要发送信号，通过计算各自发送和接收消息的时间间隔，从而实现标签和基站之间距离的测量。UWB双向测距法分为单边双向测距法(SS-TWR)和双边双向测距法(DS-TWR)。

TOA(到达时间法)定位方法通过分别测量标签到三个或者更多基站之间的飞行时间，然后通过三边定位算法进行定位。TOA法的原理和上述双边测距法原理类似，但是TOA定位法要求所有的标签和基站保持时间同步，因此不需要像双边双向测距法采用多次往返时间测量标签和基站之间飞行时间，而是采用测量单次飞行时间的方式，减少了测量所花费的时间。

TDOA定位算法通过测量两个不同基站与标签之间的传输时间差进行定位。由于一组双曲线无法确定标签的位置，因此至少需要三个基站才能够对标签进行定位。

本实施例中，以TOA定位方法为例阐述定位方法的具体步骤。

TOA(Time of Arrival)测距的基本原理是得到UWB脉冲信号到达各个标签的时间，利用了UWB脉冲信号到各个基站间距离R与信号传播时间t成正比例关系，于是有：

R＝t

其中c为光速，即c＝3×10

TOA定位俗称圆周定位，即根据测量的距离为半径进行画圆，通过圆的交点确定标签的位置，所以至少需要有≥3数量的标签。以测得到三个标签的距离为半径进行画圆，绘出的三个圆将会有一个共同的交点，三个圆共同的交点即为定位器所在位置，即可实现定位，参见图3。

参见图4，根据几何原理，可以得到如下方程式

其中(x1,y1)、(x2,y2)、(x3,y3)是已知的三个UWB标签的坐标，R1、R2、R3为测得的UWB定位器与三个UWB标签的距离，均为已知量。上述式子再经变换，就可以求出UWB定位器(x0,y0)的位置，就可以实现标签的定位。

基于上述定位方法，就可以实现DR传感器和牙科X射线机的对位，并在对位过程中将DR传感器与固定环的相对位置关系通过上位机(PC或Pad)显示，参见图5，当DR传感器位于固定环中心位置内时，通过屏幕显示提示“传感器已对准”或蜂鸣器提示：“滴”发出已对准提醒。

基于上述基于UWB技术的牙科X射线对准器和定位方法，本实施例的使用步骤如下：

1.DR传感器与上位机(PC/Pad端)连接；

2.将带有UWB定位器的DR传感器置于患者的口腔内；

3.将带有UWB标签固定环的X光机球管头在DR传感器处移动，进行位置确认；

4.在X光机球管头移动过程中，在PC/Pad端查看DR传感器是否置于固定环内；

5.当DR传感器与固定环对准，提示“传感器已对准”或蜂鸣器提示：“滴”；

6.按下拍摄，即可完成牙齿拍片。

本发明采用了UWB技术，通过UWB标签的位置来对位，具有如下优点：

1、更加快速、便捷、高效的对位；

2、减少患者X光辐射负担；

3、对位时间短，大大减轻了患者的不适度；

4、提高拍片质量，减少医护人员因拍片对位不准而花费的时间和精力；

5、实现口腔治疗过程更加智能化；

6、操作简单便捷，提高临床效率。