專利名稱：用于齲檢測的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于牙齒成像的方法。本發明尤其涉及一種利用熒光和光的散射作齲的早期檢測的改進方法。
背景技術：
齲牙是全世界主要的公共衛生問題。齲牙已被確定為兒童期單種最普遍的慢性病。盡管在治療和預防齲牙方面作出的進步，但需要作出更顯著的進步以進一步處理該問題。齲牙是慢性傳染病。較早的檢測減輕疾病的破壞；其允許齒科專業人員給予專業治療，以逆轉齲過程而不是接受更昂貴的并且不太受人期望的修復治療。用于齲檢測的傳統方法包括用尖銳的牙科探針裝置的視覺檢查和觸覺探測，常常由射線照相(X射線)成像協助。存在與常規檢測技術相關的危險，包括損傷弱化牙齒的危險、傳播感染的危險和暴露于χ射線輻射的危險。響應于對改進的齲檢測方法的需求，存在對不采用X射線的改進的成像技術的興趣。已商業化的一種方法是采用當用高強度紫外(UV)-藍光照射牙齒時引起的熒光。稱為定量光誘導熒光OiLF)的該技術根據如下的原理操作完好的健康牙齒釉質在有些波長的激發下比被齲感染損壞的去礦化釉質產生更高的熒光強度。于是，將礦物損失與UV-藍光激發的熒光損失之間的強相關用于識別和評定牙齒的齲損區。在美國專利申請No. 11/468,883中，將采用牙齒的反射和熒光圖像二者的方法和設備用于檢測齲。該專利申請利用觀察到的關于初期齲的并與熒光效應結合的反向散射， 以提供檢測齲的改進的牙齒成像技術。稱為具有反射增強的熒光成像(FIRE)的技術使圖像的對比度相對于較早方法的圖像的對比度有所提高，并且還使得該技術能夠檢測到當預防措施可能奏效的階段時的初期齲。有利的是，利用單獨測量熒光的現有熒光方法，FIRE檢測在齲感染的更早階段(與已經展現出來的階段相比)可以是準確的。該申請描述了一種產生FIRE圖像的降速變換(downshifting)法(稱為降速變換-FIRE)。
發明內容
本發明的目的是提供一種FIRE圖像生成方法，其具有對照明變化的降低的敏感性。根據本發明的一個方面，提供一種用于形成牙齒的增強圖像的方法，包括
a)通過如下步驟從牙齒獲得熒光圖像數據(ai)朝牙齒引導入射光；(aii)感測來自于牙齒的熒光發射；以及(aiii)存儲熒光圖像中的每個像素位置的熒光圖像數據值；b)通過如下步驟從牙齒獲得反射圖像數據(bi)朝牙齒引導入射光；(bii)感測來自牙齒的反向散射反射光；以及(biii)存儲反射圖像中的每個像素位置的反射圖像數據值；以及c)通過如下步驟將熒光圖像數據中的每個像素與其在反射圖像數據中對應的像素結合(ci)由反射圖像計算局部極大圖像數據值；以及(cii)根據熒光圖像數據值與局部極大圖像數據值之間的差計算增強圖像數據值；并且由此由得到的增強圖像數據值的像素陣列形成增強圖像。優選地，獲得熒光圖像數據的入射光的波長在300至500nm之間。優選地，在步驟(b)中由白光發光二極管(LED)發射入射光，而在步驟(a)中由UV LED發射入射光。優選地，基于采用灰度重構的形態學程序計算局部極大圖像。更優選地，形態學程序為h-圓頂(h-dome)轉換，其包括以下步驟(1)通過從掩模減去預定值來由掩模計算標記圖像，該掩模為反射圖像的灰度形式；(2)由標記計算掩模的灰度重構；(3)通過從掩模減去O)的結果來計算局部極大圖像數據值。優選地，增強圖像數據值計算步驟通過從熒光圖像數據值減去局部極大圖像數據值來執行。替代性地，通過如下步驟執行增強圖像數據值計算步驟(i)使熒光圖像數據值與第一標量乘數相乘；(ii)使局部極大圖像數據值與第二標量乘數相乘；(iii)從(i)的結果減去(ii)的結果，以獲得增強圖像數據值。本發明的優點是，其具有對照明變化降低的或最小的敏感性。換句話說，根據本發明的方法是一種產生FIRE圖像的更健壯的方法。
本發明以上及其它的特征和優點將通過參考附圖詳細描述本發明的示例性實施例而變得更為顯而易見。圖1是根據本發明用于齲檢測的成像設備的示意性方框圖；圖2是根據本發明用于齲檢測的替代成像設備的示意性方框圖；圖3是示出在本發明的方法中執行的步驟的流程圖；圖4是示出在識別反射圖像中的局部極大值中的步驟302的實現的流程圖；圖5是將根據現有技術產生的降速變換-FIRE圖像與根據本發明產生的形態學-FIRE圖像相比的說明圖。
具體實施例方式本發明包括計算步驟。本領域的技術人員將認識到的是，這些計算步驟可由硬件或軟件執行。由于圖像處理系統是眾所周知的，所以本描述尤其涉及算法和系統，所述算法和系統形成根據本發明的方法的一部分或更直接地與根據本發明的方法協同工作。在此未具體的示出或描述的這樣的算法和系統的其它方面、以及用于產生并以另外的方式處理所涉及的圖像信號的硬件和/或軟件可選自本領域已知的這樣的系統、算法、部件和組件。假定如在以下的說明書中提出的描述，其所有軟件實現是常規的并且屬于這樣的領域內的普通技能的范圍。更進一步，如在此所使用的，軟件程序可存儲在計算機可讀存儲介質中，其可包括例如磁存儲介質，諸如磁盤(諸如軟盤)或磁帶；光存儲介質，諸如光盤、光帶或機器可讀條碼；固態電子存儲裝置，諸如隨機訪問存儲器(RAM)或只讀存儲器(ROM)；或用于存儲計算機程序的任何其它物理裝置或介質。在描述本發明之前，為便于理解應指出的是，本發明可用在諸如個人計算機的計算機系統上、或用在采用諸如數字信號處理芯片的專用數據處理部件的嵌入式系統上。參考圖1和2，在美國專利申請序列No. 11/468，883和美國專利申請序列 No. 11/530,987中更詳細地描述并在此作為參考并入的成像設備被布置成執行本發明。圖1圖示根據本發明用于齲檢測的成像設備10。在圖1中，光源12通過可選擇的透鏡14或其它光束調節部件朝牙齒20引導UV-藍光波長范圍或其它合適的波長范圍的入射光。實際上，光源12可發射波長范圍從上紫外線范圍到較深的藍色的光(在大約300至 500nm之間)。牙齒20可在平滑表面(如所示)被照射或在咬合表面(未示出)被照射。 然后，通過透鏡22由單色攝像機30檢測光的兩個分量反向散射光分量，其具有與入射光相同的波長并具有可測量的反射；以及熒光，其由于入射光而已被激發。單色攝像機30可具有彩色濾光片沈和觀。彩色濾光片沈或觀中的一個在反射成像期間使用；而另一個在熒光成像期間使用。處理設備38獲得并處理反射和熒光圖像數據，并形成FIRE圖像60。FIRE圖像60是包含齲檢測信息的增強圖像；其可被打印或可顯示在顯示器40上。FIRE圖像60的數據還可被發送至存儲器或被發送至用于顯示的另一位置。圖2示出利用彩色攝像機32和多個光源12的替代成像設備10，每個光源12均具有不同的光譜范圍。如所圖示的，一個光源12是用于獲得反射圖像的白光光源。白光光源典型的光譜范圍可包括從大約400至大約700nm的波長，并且其可從白光LED發射。其它光源12為UV LED、藍光LED或發射用于激發熒光發射的具有較短的波長的光的其它源。 例如，其光譜范圍可完全在300-500nm的范圍之內。帶通濾波器17可用于使頻帶變窄，并減少從該第二光源進入熒光圖像的光學串擾(optical crosstalk)。偏振片42可設置在入射照明光的路徑中，而分析器44可作為使鏡面反射分量最少的裝置設置在來自牙齒20的圖像承載光的返回路徑中。來自牙齒的返回光的路徑中的長通濾波器15用于使紫外線和較短波長的可見光(例如光譜的藍光部分內的光，中心在大約405+/-40nm附近)衰減，并使較長波長的光通過。該布置使可用于激發熒光(通常中心位于光譜的綠光部分內，名義上約為550nm)的藍光的效應最小，并且通過使該較短波長的光衰減來允許將白光光源用作獲得反射圖像的光源12。當存在多個光源12時，單獨的光源12可在開啟與關斷之間切換，以便在任一時刻獲得對應的反射或熒光圖像。例如對于參考圖2描述的實施例，白光光源12為開啟，以在攝像機32或其它傳感器處獲得反射圖像(或白光圖像)。其它UV LED源為關斷。然后，當白光光源12為關斷并使UV LED源通電時，可獲得熒光圖像。根據本發明，引入一種利用形態學灰度重構技術以產生改進的FIRE圖像的方法。 如圖3所示，在步驟301處，利用在圖1或圖2中圖解的成像設備10，以上述方式從牙齒捕獲熒光圖像數據和反射圖像數據。在步驟302處，確定反射圖像中的局部極大值。牙齒上的白點區(早期齲)顯得比反射圖像中周圍完好的牙齒區域亮，并且白點區不管它們的絕對像素值如何，均對應于反射圖像的強度圖中的局部極大值。因此，局部極大值的確定提供了合適的識別早期齲區域中的像素的方式，其不受由諸如照明不均勻性、成像光學下降或牙齒幾何形狀的因素而產生的圖像強度中的整體變化的影響。然后，在步驟303處，從熒光圖像減去反射圖像的局部極大值。合成圖像為FIRE圖像304，其中已提高齲與完好的區域之間的對比度。在圖4中圖示了步驟302更詳細的實現。該實現利用h-圓頂轉換圖像處理技術。 h-圓頂轉換采用稱作灰度重構的形態學操作，并提供從灰度圖像提取局部極大值的非常有效率的方法。即使可類似地使用采用灰度重構的其它形態學程序(諸如通過重構的頂帽 (top-hat))，h_圓頂轉換也是合適的技術。灰度重構和h-圓頂轉換的方法在許多圖像分析應用中是有用的。由于灰度重構和h-圓頂轉換的方法是眾所周知的，所以在此不進一步描述它們的定義和結構；在文獻“圖像分析中的形態學灰度重構應用和有效率的算法”(出版于 IEEE Transactions on Image Processing，1993 年 4 月，第 2 卷，第 2 期，176-201 頁) 中可找到深入的討論。在此僅在灰度重構和h-圓頂轉換的方法如何應用于反射圖像的局部極大處理的情況下提供說明。現在參考圖4，首先，將反射圖像設定成掩模(MASK)。如果反射圖像為彩色圖像， 則掩模為反射圖像的灰度形式。例如，掩模可以是彩色圖像的單色通道。在優選實施例中， 將反射圖像的藍色通道用作掩模。然后，通過實現以下操作由掩模計算標記(MARKER)圖像 M k— h\ if reflectance > h ( ι ).其中，reflectance指的是掩模的每個像素值，而h是與所關心的局部極大值的高度(以像素代碼值為形式)相關的預定值。對于具有256個最大灰度級的牙齒反射圖像， h可在大約40至大約70的范圍之內。在優選實施例中，h設定在50。然后，由標記(reflectance-h)計算掩模(reflectance)的灰度重構Reconstruction Result = P reflectance (reflectance-h) (2)其中，Preflert■為形態學灰度重構操作。P MW的算法實現為圖像處理領域的技術人員所知；在較早引用的參考中可找到示例。然后，從掩模減去重構圖像，以產生h-圓頂圖像Dh(reflectance)
Dh(reflectance) = reflectance-P reflectance (reflectance-h) (3)h-圓頂圖像由反射圖像的局部極大值組成，局部極大值與牙齒的白點區對應。該 h-圓頂圖像是這樣的圖像，其將按照以下討論的方式與熒光圖像結合從而產生FIRE圖像。返回參考圖3，在步驟304處，通過采用圖像融合以將熒光圖像與h-圓頂圖像結合來計算FIRE圖像的結果。可使用各種圖像融合技術。在優選實施例中，從熒光圖像減去 h-圓頂圖像，以產生FIRE圖像
權利要求
1.一種用于形成牙齒的增強圖像的方法，包括(a)通過如下步驟從所述牙齒獲得熒光圖像數據 (ai)朝所述牙齒引導入射光；(aii)感測來自于所述牙齒的熒光發射；以及(aiii)存儲所述熒光圖像中的每個像素位置的熒光圖像數據值；(b)通過如下步驟從所述牙齒獲得反射圖像數據 (bi)朝所述牙齒引導入射光；(bii)感測來自所述牙齒的反向散射反射光；以及(biii)存儲所述反射圖像中的每個像素位置的反射圖像數據值；以及(c)通過如下步驟將所述熒光圖像數據中的每個像素與其在所述反射圖像數據中對應的像素結合(ci)由所述反射圖像計算局部極大圖像數據值；以及(cii)根據所述熒光圖像數據值與所述局部極大圖像數據值之間的差計算增強圖像數據值；并且由此由得到的增強圖像數據值的像素陣列形成所述增強圖像。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述入射光的波長在300至500nm之間。
3.根據權利要求1所述的方法，其中，在步驟(b)中由白光LED發射所述入射光，而在步驟(a)中由UV LED發射所述入射光。
4.根據權利要求1所述的方法，其中，基于采用灰度重構的形態學程序計算所述局部極大圖像。
5.根據權利要求4所述的方法，其中，所述形態學程序為h-圓頂轉換，并包括以下步驟(1)通過從掩模減去預定值來由掩模計算標記圖像，所述掩模為所述反射圖像的灰度形式；(2)由所述標記計算所述掩模的灰度重構；以及(3)通過從所述掩模減去O)的結果來計算所述局部極大圖像數據值。
6.根據權利要求1所述的方法，其中，所述增強圖像數據值計算步驟通過從所述熒光圖像數據值減去所述局部極大圖像數據值來執行。
7.根據權利要求1所述的方法，其中，通過如下步驟執行所述增強圖像數據值計算步驟(i)使所述熒光圖像數據值與第一標量乘數相乘；( )使所述局部極大圖像數據值與第二標量乘數相乘；以及(iii)從(i)的結果減去(ii)的結果，以獲得所述增強圖像數據值。
8.一種為齲齒檢測形成牙齒的圖像的方法，包括a)通過如下步驟從所述牙齒獲得反射圖像數據 (ai)朝所述牙齒引導入射光；以及(aii)感測來自所述牙齒的反向散射反射光；(aiii)存儲所述反射圖像中的每個像素位置的反射圖像數據值；以及b)由所述反射圖像計算局部極大圖像。
9.根據權利要求8所述的方法，還包括顯示所述局部極大圖像或處理的局部極大圖像的步驟。
10.根據權利要求8所述的方法，還包括由所述局部極大圖像修改所述反射圖像以產生修改的反射圖像的步驟。
11.根據權利要求10所述的方法，還包括顯示所述修改的反射圖像的步驟。
12.根據權利要求10所述的方法，其中，修改所述反射圖像的所述步驟包括由所述局部極大圖像的對應像素值調節所述反射圖像的像素值的步驟。
13.根據權利要求10所述的方法，其中，修改所述反射圖像的所述步驟包括描繪所述反射圖像中的與所述局部極大圖像中的局部極大值對應的區域的步驟。
14.根據權利要求10所述的方法，其中，修改所述反射圖像的所述步驟包括將偽彩色涂在所述反射圖像中的與所述局部極大圖像中的局部極大值對應的像素上的步驟。
15.根據權利要求8所述的方法，其中，基于采用灰度重構的形態學程序計算所述局部極大圖像。
16.根據權利要求15所述的方法，其中，所述形態學程序為h-圓頂轉換，其包括以下步驟(1)通過從掩模減去預定值來由掩模計算標記圖像，所述掩模為所述反射圖像的灰度形式；(2)由所述標記計算所述掩模的灰度重構；以及(3)通過從所述掩模減去O)的結果來計算所述局部極大圖像數據值。
17.根據權利要求5所述的方法，其中，所述預定值在40至70的范圍之內。
18.根據權利要求16所述的方法，其中，所述預定值在40至70的范圍之內。
19.一種用于形成牙齒的增強圖像的設備，包括通過如下方式從所述牙齒獲得熒光圖像數據的裝置 (ai)朝所述牙齒引導入射光； (aii)感測來自于所述牙齒的熒光發射；以及 (aiii)存儲所述熒光圖像中的每個像素位置的熒光圖像數據值； 通過如下方式從所述牙齒獲得反射圖像數據的裝置 (bi)朝所述牙齒引導入射光； (bii)感測來自所述牙齒的反向散射反射光；以及 (biii)存儲所述反射圖像中的每個像素位置的反射圖像數據值；以及通過如下方式將所述熒光圖像數據中的每個像素與其在所述反射圖像數據中對應的像素結合的裝置(ci)由所述反射圖像計算局部極大圖像數據值；以及(cii)根據所述熒光圖像數據值與所述局部極大圖像數據值之間的差計算增強圖像數據值；并且由此由得到的增強圖像數據值的像素陣列形成所述增強圖像。
20.一種為齲齒檢測形成牙齒的圖像的設備，包括 通過如下方式從所述牙齒獲得反射圖像數據的裝置 (ai)朝所述牙齒引導入射光；以及(aii)感測來自所述牙齒的反向散射反射光；(aiii)存儲所述反射圖像中的每個像素位置的反射圖像數據值；以及由所述反射圖像計算局部極大圖像的裝置。
全文摘要
利用牙齒(20)的熒光和/或反射效應形成牙齒(20)的增強圖像(60)的方法采用形態學圖像處理技術，并降低對圖像(60)的整體強度變化的敏感度。
文檔編號A61B5/00GK102292018SQ200980155370
公開日2011年12月21日 申請日期2009年1月20日 優先權日2009年1月20日
發明者L·A·潘, L·E·施, V·C·王, W·W·王 申請人:卡爾斯特里姆保健公司