CN101249001B - 口腔正畸种植体支抗三维影像导航及定位专用装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种口腔正畸种植体支抗三维影像导航定位方法及专用装置，本发明创造利用目前已有口腔种植三维导航系统，设计一种全新的种植支抗定位装置。利用红外线摄像镜头发射或接受红外线，通过追踪自行设计的口腔正畸种植体支抗定位装置上的红外线反射球的位置来确定该装置的具体位置，并将信号传回计算机，使定位装置的位置在病人术前或术中影像资料上显示出来。通过软件与术前已确定的定位装置的三维空间方位进行比对，利用相连的机械手臂调整定位装置方位，使其符合术前设计要求。当达到设计位置时，即可根据立体定向装置指引的方位、深度，准确植入种植体支抗。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种医疗设备，具体地说是一种口腔正畸治疗用种植体支抗的三维影像导航及立体定位装置。
二、背景技术
口腔正畸治疗中，正确的支抗设计、控制和应用是取得良好牙齿矫正效果的重要因素。方丝弓矫正技术中基于经典矫治理念的支抗技术，在口腔正畸各类矫正技术的发展中起到了关键的作用。
所谓“支抗”就是在矫正过程中使不希望移动的牙齿不动。目前临床上已有多种支抗增强装置可供正畸医师选择，但均不能完全达到支抗牙不移动的要求。因此，一些严重拥挤或重度深覆盖而不希望丢失支抗的病例，在矫治中牙齿排齐和面型的改善受到影响。若是发生支抗设计失误、控制不当，便会造成牙齿倾倒，继发咬合干扰、创伤，而加重口颌系统功能障碍。虽然头帽口外唇弓是加强支抗的有效方法，但由于使用时较繁复，患者往往不易接受。
近年来正畸种植体支抗的出现，较好地解决了临床支抗存在的上述问题。由于在颌骨上植入种植体作为抗基，改变了原来以牙齿作为抗基的情况，矫治力的反作用力施于颌骨上，可完全避免牙齿的移位。因而使用种植体支抗对拉尖牙向远中和滑动法关闭间隙更为有效。同时，对一些原来较难矫正的牙颌畸形，如磨牙下垂、骨性前牙深覆牙合(露龈笑)、上颌骨发育不足的前牵引都取得了比以往显著的良好疗效，较好地解决了正畸治疗中的重要问题，拓展了治疗范围。目前种植体支抗在韩国及日本的正畸临床应用已较普遍，我国口腔正畸临床也已开始应用并有快速发展的趋势。
临床实践证明，种植体支抗种植成功的关键要素不仅在于术前为患者制定正确、合理与细致地治疗计划，而且还应为该计划的确切实施提供更为安全的保障。目前，尽管具有丰富临床经验的医生能够根据常规颌骨全景X线片显示的种植区解剖结构，在手术操作中把握种植体的位置、方向和深度，但对于许多种植区解剖结构异常的复杂病例，往往易导致失误，造成术中种植体邻近牙齿和牙周组织损伤，或种植体位置、方向和深度欠佳等现象。
为了提高种植体定位的准确性，1987年Edge制作了第一个种植定位模板用于引导种植体定位。随着计算机技术的发展，基于CT图像的计算机辅助设计与辅助制造种植定位模板逐步得到应用，其制作过程是：CT扫描患者的上、下颌骨，所得到的图像和数据通过多种计算机辅助软件进行三维重建和辅助设计，并将数据传递给计算机数控机床，按指令自动切削出种植外科模板。由于图像数据源自于牙槽骨的三维形态结构，所以在外科手术的过程中，切开并剥离粘骨膜瓣后此模板能够与术区骨面紧密贴合，与传统的制作方法相比，消除了粘骨膜厚度所带来的误差，但该方法形成的个体化种植定位模板价格昂贵，且不能重复应用于其它患者。
为弥补种植定位模板存在的不足，本发明将三维影像导航技术应用于正畸种植体支抗的立体定向。现代导航和定位技术是在80年代初期开始的，Wantanabe，Zarmorano和Reinhardt等最早使用这一技术。自1986年美国的Roberts教授开始将手术导航技术应用于临床实践至今，影像导航技术的应用已由神经外科广泛发展到骨科、耳鼻喉、整形外科乃至全身。今天的影像导航手术系统基本操作已无需在手术野、仪器和计算机之间通过机械线路连接来连通，它们主要是通过红外线控制。除了一些特殊步骤外，导航最终的目标是完全的自动化系统。影像导航技术极大的促进了外科手术向精确和微创方向的发展，已成为外科手术发展的一个趋势。
三、发明内容
本发明的目的是基于三维影像导航技术，开发可重复利用的立体定向手术系统，以实现口腔正畸种植体支抗的精确定位。
针对现有技术中所出现的问题，本发明首先公开了一种口腔正畸种植体支抗三维影像导航及定位方法，利用医用CT机对需要种植口腔正畸种植体支抗的对象进行上下颌骨及牙列计算机体层扫描；术前应用种植体支抗导航软件对上下颌骨及牙列的CT扫描数据进行三维影像重建，以确定种植体支抗的种植部位、方向、深度以及术中配准图像所需的标记点；术中，通过匹配手术区域邻近牙齿上的解剖标记点和三维重建影像中已确定的对应标记点，使得手术空间和图像空间相结合；然后利用红外线摄像镜头发射或接受红外线，通过追踪口腔正畸种植体支抗定位装置上的红外线反射球的位置来确定该装置的具体位置，并将信号传回计算机，再利用相连的机械手臂调整定位装置方位，使其符合术前设计要求。
本发明同时还设计了这样一种口腔正畸种植体支抗三维影像导航及定位专用装置，其技术方案是：一种口腔正畸种植体支抗三维影像导航及定位装置，其特征在于，它包括红外线反射装置、手柄和导向管，所述红外线反射装置安装于手柄上，所述手柄与导向管连为一体并成一定夹角，所述导向管是一种中空导向管，上下贯通。所述红外线反射装置是一种红外线反射球。
本发明创造利用目前已有口腔种植三维导航系统，设计一种全新的口腔正畸种植体支抗定位装置。利用红外线摄像镜头发射或接受红外线，通过追踪自行设计的种植体支抗定位装置上的红外线反射球的位置来确定该装置的具体位置，并将信号传回计算机，使定位装置的位置在病人术前或术中影像资料上显示出来。通过软件与术前已确定的定位装置的三维空间方位进行比对，利用相连的机械手臂调整定位装置方位，使其符合术前设计要求。当达到设计位置时，即可根据立体定向装置指引的方位、深度，准确植入种植体支抗。
本发明的有益效果：
基于三维影像导航技术建立的口腔正畸种植体支抗立体定向手术系统，显著提高了口腔正畸种植体支抗手术的准确性，减少了种植手术的创伤和风险，达到了种植体支抗的智能设计与智能种植，从而大大提升了种植体支抗种植的安全性与成功率。
基于三维影像导航技术建立的口腔正畸种植体支抗立体定向手术系统与以往基于计算机辅助设计与辅助制造技术的种植定位模板相比，生产成本低，可以重复使用，且种植体支抗定位准确程度无显著性差异，因此本发明完全可以替代种植定位模板实现种植体支抗的精确定位。
四、附图说明
图1：本发明口腔正畸种植体支抗立体定向器结构示意图；
图2：本发明手术过程中具体口腔正畸种植体支抗种植导航情况。
五、具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细地说明：
首先利用医用CT机对需要种植口腔正畸种植体支抗的患者进行上下颌骨及牙列计算机体层扫描。
如图2所示，本发明手术过程中具体口腔正畸种植体支抗种植导航情况
术前，应用种植体支抗导航软件对患者上下颌骨及牙列的CT扫描数据进行三维影像重建，并将其转换存储在计算机内。此时，临床医生可以利用该软件对重建的种植区域影像进行一系列术前准备、方案设计等，以确定种植体支抗的种植部位、方向、深度以及术中配准图像所需的标记点，据此计算出对应的口腔正畸种植体支抗立体定向装置应放置的三维空间方位。
在术中，先进行注册配准，即通过匹配手术区域邻近牙齿上的解剖标记点和三维重建影像中已确定的对应标记点，使得手术空间和图像空间相结合，让患者的实际手术位置与术前影像位置一一对应。此后，利用红外线摄像镜头发射或接受红外线，通过追踪自行设计的口腔正畸种植体支抗定位装置上的红外线反射球的位置来确定该装置的具体位置，并将信号传回计算机，使定位装置的位置在病人术前或术中影像资料上显示出来。通过软件与术前已确定的定位装置的三维空间方位进行比对，利用相连的机械手臂调整定位装置方位，使其符合术前设计要求。当达到设计位置时，计算机给予提示，术者即可根据立体定向装置指引的方位、深度，准确植入种植体支抗。图1为本发明口腔正畸种植体支抗立体定向器结构示意图，其中1为红外线反射球、2为手柄、3为中空导向管。
与传统的颌骨X光片比较，本系统应用的CT三维重建技术可提供上下颌骨及牙列的三维立体影像。该影像与颌骨内结构数据成1∶1比例；且还可作任意方向的旋转，有利于术者从不同方位和多种角度观察种植区附近上下颌骨的三维结构，以及评定颌骨骨质的骨密度，从而有利于以确定种植体支抗的种植部位、方向、深度。为种植体支抗种植术前的手术方案设计提供了放射学的颌骨评估基础，并可以进行动态种植手术模拟，即进行“非侵入性活体解剖”。此外，利用口腔正畸种植体支抗定位装置上的红外线定位系统，在种植手术过程中，凭借监视器所显示的三维影像数据就可以随时定位种植器械的方位，无需广泛剥离粘骨膜瓣就可以观察牙槽骨的形态，在复杂的解剖区域种植时明显优于传统方法，减少了手术风险，达到近乎完美的临床效果。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。
Claims (1)
1.一种口腔正畸种植体支抗三维影像导航及定位专用装置，它包括计算机、医用CT机、红外线摄像镜头、机械手臂和定位装置，其特征在于：
所述定位装置包括红外线反射装置、手柄和导向管，所述红外线反射装置安装于手柄上，所述手柄与导向管连为一体并成一定夹角，所述导向管是一种中空导向管，上下贯通，所述红外线反射装置是一种红外线反射球；
利用医用CT机对需要种植口腔正畸种植体支抗的患者进行上下颌骨及牙列计算机体层扫描；
应用种植体支抗导航软件对患者上下颌骨及牙列的CT扫描数据进行三维影像重建，以确定种植体支抗的种植部位、方向、深度以及术中配准图像所需的标记点；
通过匹配手术区域邻近牙齿上的解剖标记点和三维重建影像中已确定的对应标记点，使得手术空间和图像空间相结合；
利用红外线摄像镜头发射或接收红外线，通过追踪所述定位装置上红外线反射球的位置来确定该定位装置的具体位置，并将信号传回计算机，再利用所述机械手臂调整所述定位装置的方位。
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