CN105361969B - 一种口腔种植机器人视觉导航系统的定位装置 - Google Patents

Abstract

一种口腔种植机器人视觉导航系统的定位装置，包括托盘、标记板、连接杆、开口保持器、内窥镜支架以及固位螺丝，托盘的托盘柄通过连接杆插孔与连接杆的插入托盘部配位后，由固位螺丝固定，标记板的固位螺丝孔B与连接杆连接部A的固位螺丝孔C配位后通过固位螺丝固定，开口保持器通过其下部的齿形开口啮合在托盘上的开口保持器卡槽中，内窥镜支架通过内窥镜支架插孔与内窥镜支架的固位螺丝孔D配位后由固位螺丝固定，本方案简化了操作步骤，根据临床需要选择好合适的托盘后，采用制取硅橡胶印模的方法便可以使托盘稳妥的固位于牙列上，省去了压膜法制作加载在牙列上的装置的繁琐步骤，减少术前准备时间与患者就诊次数。

Description

一种口腔种植机器人视觉导航系统的定位装置

技术领域

本发明属于外科医疗器械技术领域，具体涉及一种口腔种植机器人视觉导航系统的定位装置。

背景技术

口腔种植是目前修复牙缺失最有效的方法。口腔种植学的技术要点是如何在患者的颌骨的合适位置上，精准的按预定角度和深度预备窝洞并植入植体。随着计算机辅助种植系统(CAI)的发展，尤其是CT技术在口腔种植领域的应用，解决了常规二维透视成像技术所固有的影像失真、重叠等问题，从三维立体图像精确判断术区解剖情况，包括骨质、骨量、下颌神经管以及上颌窦位置等，使医生在实际骨空间找出最佳的种植位点并规划出合适的植入角度和深度。随着CAD/CAM技术的发展，快速成型(RP)技术将虚拟的医学图像和口腔的实际环境结合起来，帮助医生准确地在预先规划好的路径上面完成手术操作。

RP技术与计算机辅助规划结合的的方法提供了术前的精确方案设计，开环地为术中准备种植方案，但是没有形成闭环。

IGI(Image-guided navigational implantology)引入视觉传感器，帮助医生实时获取手术信息，准确把握窝洞预备的深度和角度误差。这些技术虽然使得口腔种植技术有了很大的进步，但是种植操作仍然是通过人工完成的，医生在狭小空间操作种植器械很不方便，尤其对于需要种植后牙的情况，并且，手术医生的水平参差不齐，任何操作的微小失误和精度偏差都会影响到远期的功能和美观效果，甚至会损伤下颌神经、上颌窦底及鼻底黏膜等重要解剖结构，造成不必要的并发症。因此，极有必要采取某种手段进一步提高种植手术的精确度，并对于种植手的操作进行必要的规范和协助。

手术机器人以其手术的精准、操控性强、微创等优点，给外科手术带来了革命性的变化。也给口腔医学的进一步发展提供了方向。但是已有外科机器人还不能满足口腔治疗操作的要求，国际上亦未见口腔种植机器人相关研究工作的报道。因此，有必要开发一种可以用于口腔种植的机器人来填补这一空白。

机器人的视觉导航系统相当于机器人的眼睛，可以使其准确定位预定的种植位点，但是由于口腔操作空间狭小以及口颊软组织的阻挡，会使得机器人的“眼睛”无法直接定位预定种植位点，为了解决这一问题，需要设计一套定位装置，加载在需进行种植修复的牙列上，并与置于口外的标记(Marker)形成刚性连接，机器人视觉系统通过识别其上的标记(Marker)来间接定位预定种植位点。

目前，临床上所采用的口腔种植手术导航系统(如IGI)，所采用的定位装置中加载在牙列上的装置是通过压膜法制做的，需要经过制备牙列模型，压膜成型，以及打磨抛光等步骤才能完成，而后再用自凝树脂与外部标记支架粘接在一起，操作费时费力且功能较少，且其外部标记为发射或反射红外线或激光装置，造价较高，若为发射红外线型标记还需与之匹配的电源，致使其结构复杂。

发明内容

为了克服上述现有技术的，本发明的目的是提供一种口腔种植机器人视觉导航系统的定位装置，用来辅助其定位预定种植位点，并兼具有开口、吸唾和内窥功能。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种口腔种植机器人视觉导航系统的定位装置，包括托盘、标记板、连接杆、开口保持器、内窥镜支架以及固位螺丝，托盘与标记板通过连接杆相连接，其中托盘的托盘柄通过连接杆插孔与连接杆的插入托盘部配位后，托盘柄的固位螺丝孔A与插入托盘部上设有的固位螺丝孔C通过固位螺丝固定，标记板的固位螺丝孔B与连接杆连接部A的固位螺丝孔C配位后通过固位螺丝固定，开口保持器通过其下部的齿形开口啮合在托盘上的开口保持器卡槽中，内窥镜支架通过内窥镜支架插孔与内窥镜支架的固位螺丝孔D配位后由固位螺丝固定。

所述的标记板的标记采用直径20mm的圆形黑白Harris角点，由所采用的MicronTracker双目视觉导航仪识别要求决定，标记按照安装规则准确粘贴在标记板的标记安装区。

所述的托盘为与临床常用牙列托盘相似的“马蹄”形，其顶壁上部一侧后方为开口保持器卡槽，底部设有齿形卡口，一侧外壁上设有内窥镜支架插孔，前部设有托盘柄，上前部设有吸唾管接口；所述托盘柄长30mm，其侧方设有连接杆插孔，前方设有两个直径3mm的固位螺丝孔A；所述连接杆插孔横截面为上底长6mm，下底长10mm，高5mm的梯形，并且贯穿托盘柄；所述吸唾管接口为外径5mm，内径4mm，高5mm的管型结构；所述托盘的外侧壁和内侧壁的下部后方为直径3mm的吸唾管道开口，其与吸唾管接口通过吸唾管道联通；所述吸唾管道直径3mm，位于托盘内外侧壁下部及顶壁前中部；所述托盘外侧壁、内侧壁以及顶壁上分布的孔为硅橡胶印模材料溢出道，其直径为2.5mm；所述托盘分为两种，其结构互为左右对称，分别用于需行左侧或右侧种植的患者，每种型号又分为大中小号三亚型，以满足临床不同患者牙弓大小的要求。

所述的标记板为一折板样结构，上下两部分均为80×70mm的长方形，厚3mm，两部分间折角为135°，正面设有8个标记安装区，下部设有四个并列的固位螺丝孔B；所述标记安装区为直径20mm的圆，所述固位螺丝孔B直径3mm，螺丝帽没入孔高2mm，直径6mm。

所述的连接杆为“乙”形结构，由连接部A、体部、连接部B、插入托盘部组成，其横截面与托盘柄中的连接杆插孔相同，拐弯处均为直角，体部长100mm，连接部A长20mm，插入托盘部长30mm，体部与插入托盘部的连接部B长20mm，所述的连接部A和插入托盘部上各设有两个固位螺丝孔，直径3mm。

所述的开口保持器为“C”形结构，高度20mm，厚度与开口保持器卡槽的宽度相配合，下部的齿形卡口可与开口保持器卡槽底部的齿形卡口相啮合，所述开口保持器的上部为一対弧形结构。

所述的内窥镜支架为半“工”形结构，高12mm，长10mm，宽7mm，其后部为托盘卡口高5mm，长8mm，上部为直径3mm的固位螺丝孔D，下部为内窥镜卡口，直径5.5mm，内窥镜卡口侧壁上设有从后向前的水平开口，所述水平开口的长为8mm，宽1mm。

所述固位螺丝为M3内六角型螺丝，长度10mm。

本发明的有益效果是：

本发明中成品化的托盘，简化了操作步骤，根据临床需要选择好合适的托盘后，采用制取硅橡胶印模的方法便可以使托盘稳妥的固位于牙列上，省去了压膜法制作加载在牙列上的装置的繁琐步骤，减少术前准备时间与患者就诊次数。

进一步，本装置的托盘部分开发了安装开口保持器、吸唾器以及内窥镜的端口，其中开口保持器可以根据患者的开口度，在托盘上部的卡槽内以不同角度与托盘啮合直至患者感到舒适，另外，该装置在使用时也节省了人力和操作空间(无需如目前种植操作时要专人操作吸唾器)，进一步，本装置通过其上的内窥镜卡口引入内窥镜观察术区情况的发明，使得观察术区更清楚和方便，消除了医生采取强迫体位观察术区(尤其术区在后牙区)的情况，减少了医生的疲劳。标记板与连接杆，连接杆与托盘的螺丝固位法，比采用自凝树脂粘接固位方式的操作简单、效果更牢靠准确，且节省操作时间，本定位装置所使用的标记为黑白Harris角点，制作简单，造价较低，亦无需外接电源，结构简单。

附图说明

图1是本发明的结构示意图

图2为托盘轴测示意图。

图3为托盘吸唾管道所在面结构示意图。

图4为托盘后方结构示意图。

图5为标记板结构示意图。

图6为连接杆结构示意图。

图7为开口保持器结构示意图。

图8为内窥镜支架结构示意图。

其中，1为托盘；2为标记板；3为连接杆；4为开口保持器；5为内窥镜支架；6为固位螺丝；7为开口保持器卡槽；8为内窥镜支架插孔；9为托盘柄；10为连接杆插孔；11为固位螺丝孔A；12为吸唾管接口；13为吸唾管道开口；14为吸唾管道；15为硅橡胶印模材料溢出道；16为标记安装区；17为固位螺丝孔B；18为体部；19为连接部A；20为插入托盘部；21为连接部B；22为固位螺丝孔C；23为托盘卡口；24为固位螺丝孔D；25为内窥镜卡口；26为水平开口。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进一步叙述。

如图1所示，一种口腔种植机器人视觉导航系统的定位装置，包括托盘1、标记板2、连接杆3、开口保持器4、内窥镜支架5以及固位螺丝6，其特征在于，托盘1与标记板2通过连接杆3相连接，其中托盘1的托盘柄9通过连接杆插孔10与连接杆3的插入托盘部20配位后，托盘柄9的固位螺丝孔A11与插入托盘部20上设有的固位螺丝孔C22通过固位螺丝6固定，标记板2的固位螺丝孔B17与连接杆3连接部A19的固位螺丝孔C22配位后通过固位螺丝6固定，开口保持器4通过其下部的齿形开口啮合在托盘1上的开口保持器卡槽7中，内窥镜支架5通过内窥镜支架插孔8与内窥镜支架5的固位螺丝孔D24配位后由固位螺丝6固定。

所述固位螺丝6为M3内六角型螺丝，长度10mm。

如图2、3、4所示，所述的托盘1为与临床常用牙列托盘相似的“马蹄”形，其顶壁上部一侧后方为开口保持器卡槽7，底部设有齿形卡口，一侧外壁上设有内窥镜支架插孔8，前部设有托盘柄9，上前部设有吸唾管接口12；所述托盘柄9长30mm，其侧方设有连接杆插孔10，前方设有两个直径3mm的固位螺丝孔A11；所述连接杆插孔10横截面为上底长6mm，下底长10mm，高5mm的梯形，并且贯穿托盘柄9；所述吸唾管接口12为外径5mm，内径4mm，高5mm的管型结构；所述托盘1的外侧壁和内侧壁的下部后方为直径3mm的吸唾管道开口13，其与吸唾管接口12通过吸唾管道14联通；所述吸唾管道14直径3mm，位于托盘1内外侧壁下部及顶壁前中部；所述托盘1外侧壁、内侧壁以及顶壁上分布的孔为硅橡胶印模材料溢出道15，其直径为2.5mm；所述托盘1分为两种，其结构互为左右对称，分别用于需行左侧或右侧种植的患者，每种型号又分为大中小号三亚型，以满足临床不同患者牙弓大小的要求。

如图5所示，所述的标记板2的标记采用直径20mm的圆形黑白Harris角点，由所采用的Micron Tracker双目视觉导航仪识别要求决定，标记按照安装规则准确粘贴在标记板的标记安装区16。

如图5所示，所述的标记板2为一折板样结构，上下两部分均为80×70mm的长方形，厚3mm，两部分间折角为135°，正面设有8个标记安装区16，下部设有四个并列的固位螺丝孔B17；所述标记安装区16为直径20mm的圆，所述固位螺丝孔B17直径3mm，螺丝帽没入孔高2mm，直径6mm。

如图6所示，所述的连接杆3为“乙”形结构，由连接部A19、体部18、连接部B21、插入托盘部20组成，其横截面与托盘柄9中的连接杆插孔10相同，拐弯处均为直角，体部18长100mm，连接部A19长20mm，插入托盘部20长30mm，体部18与插入托盘部20的连接部B21长20mm，所述的连接部A19和插入托盘部20上各设有两个固位螺丝孔22，直径3mm。

如图7所示，所述的开口保持器4为“C”形结构，高度20mm，厚度与开口保持器卡槽7的宽度相配合，下部的齿形卡口可与开口保持器卡槽7底部的齿形卡口相啮合，所述开口保持器4的上部为一対弧形结构。

如图8所示，所述的内窥镜支架5为半“工”形结构，高12mm，长10mm，宽7mm，其后部为托盘卡口23高5mm，长8mm，上部为直径3mm的固位螺丝孔D24，下部为内窥镜卡口25，直径5.5mm，内窥镜卡口25侧壁上设有从后向前的水平开口26，所述水平开口26的长为8mm，宽1mm。

具体实施时，根据需要选择好合适型号的托盘，并在患者口内试戴后，在托盘上与预定种植区相对应的区域开窗(尺寸以不影响种植手机在颌骨上进行窝洞预备为宜)，然后，将内窥镜支架用固位螺丝装配到托盘上(如图1所示)，并在其中插入一根直径5mm的树脂棒暂时代替内窥镜(使其后端可以到达种植区为宜)，而后锁紧内窥镜支架上的固位螺丝，如此便可将内窥镜支架固定于托盘上，同时也可使内窥镜支架上的水平开口被压缩从而将树脂棒卡抱于内窥镜支架中，然后在托盘内盛适量硅橡胶印模材料，对患者需要行种植修复的牙列行取模操作，待硅橡胶印模材料在患者口内完全结固后，让患者戴着托盘拍摄牙科CT，完成后从患者口内去下托盘，切除多余部分的硅橡胶印模材料，松开内窥镜支架固位螺丝取下树脂棒，将内窥镜插入其中，锁紧内窥镜支架固位螺丝，再将安装好标记的标记板通过连接杆稳固的连接于托盘柄中，然后把开口保持器啮合于托盘上，完成后将托盘复位于患者口内，根据患者的张口度调整开口保持器与托盘的啮合角度直到患者感觉舒适，最后将吸唾器连接在托盘上，以上准备工作完成后，将所获得的牙科CT三维图像导入口腔种植机器人主控计算机中进行相关处理后机器人便可以按照预定手术方案在定位装置的引导下，完成种植手术的操作。

Claims (8)

1.一种口腔种植机器人视觉导航系统的定位装置，包括托盘（1）、标记板（2）、连接杆（3）、开口保持器（4）、内窥镜支架（5）以及固位螺丝（6），其特征在于，托盘（1）与标记板（2）通过连接杆（3）相连接，其中托盘（1）的托盘柄（9）通过连接杆插孔（10）与连接杆（3）的插入托盘部（20）配位后，托盘柄（9）的固位螺丝孔A（11）与插入托盘部（20）上设有的固位螺丝孔C（22）通过固位螺丝（6）固定，标记板（2）的固位螺丝孔B（17）与连接杆（3）连接部A（19）的固位螺丝孔C（22）配位后通过固位螺丝（6）固定，开口保持器（4）通过其下部的齿形开口啮合在托盘（1）上的开口保持器卡槽（7）中，内窥镜支架（5）通过内窥镜支架插孔（8）与内窥镜支架（5）的固位螺丝孔D（24）配位后由固位螺丝（6）固定。

2.根据权利要求1所述的一种口腔种植机器人视觉导航系统的定位装置，其特征在于，所述的标记板（2）的标记采用直径20mm的圆形黑白Harris角点，由所采用的MicronTracker双目视觉导航仪识别要求决定，标记按照安装规则准确粘贴在标记板的标记安装区16。

3.根据权利要求1所述的一种口腔种植机器人视觉导航系统的定位装置，其特征在于，所述的托盘（1）为与临床常用牙列托盘相似的“马蹄”形，其顶壁上部一侧后方为开口保持器卡槽（7），底部设有齿形卡口，一侧外壁上设有内窥镜支架插孔（8），前部设有托盘柄（9），上前部设有吸唾管接口（12）；所述托盘柄（9）长30mm，其侧方设有连接杆插孔（10），前方设有两个直径3mm的固位螺丝孔A（11）；所述连接杆插孔（10）横截面为上底长6mm，下底长10mm，高5mm的梯形，并且贯穿托盘柄（9）；所述吸唾管接口（12）为外径5mm，内径4mm，高5mm的管型结构；所述托盘（1）的外侧壁和内侧壁的下部后方为直径3mm的吸唾管道开口（13），其与吸唾管接口（12）通过吸唾管道（14）联通；所述吸唾管道（14）直径3mm，位于托盘（1）内外侧壁下部及顶壁前中部；所述托盘（1）外侧壁、内侧壁以及顶壁上分布的孔为硅橡胶印模材料溢出道（15），其直径为2.5mm；所述托盘（1）分为两种，其结构互为左右对称，分别用于需行左侧或右侧种植的患者，每种型号又分为大中小号三亚型，以满足临床不同患者牙弓大小的要求。

4.根据权利要求1所述的一种口腔种植机器人视觉导航系统的定位装置，其特征在于，所述的标记板（2）为一折板样结构，上下两部分均为80×70mm的长方形，厚3mm，两部分间折角为135°，正面设有8个标记安装区（16），下部设有四个并列的固位螺丝孔B（17）；所述标记安装区（16）为直径20mm的圆，所述固位螺丝孔B（17）直径3mm，螺丝帽没入孔高2mm，直径6mm。

5.根据权利要求1所述的一种口腔种植机器人视觉导航系统的定位装置，其特征在于，所述的连接杆（3）为“乙”形结构，由连接部A（19）、体部(18)、连接部B(21)、插入托盘部(20)组成，其横截面与托盘柄（9）中的连接杆插孔（10）相同，拐弯处均为直角，体部（18）长100mm，连接部A（19）长20mm，插入托盘部（20）长30mm，体部（18）与插入托盘部（20）的连接部B（21）长20mm，所述的连接部A（19）和插入托盘部（20）上各设有两个固位螺丝孔（22），直径3mm。

6.根据权利要求1所述的一种口腔种植机器人视觉导航系统的定位装置，其特征在于，所述的开口保持器（4）为“C”形结构，高度20mm，厚度与开口保持器卡槽（7）的宽度相配合，下部的齿形卡口可与开口保持器卡槽（7）底部的齿形卡口相啮合，所述开口保持器（4）的上部为一対弧形结构。

7.根据权利要求1所述的一种口腔种植机器人视觉导航系统的定位装置，其特征在于，所述的内窥镜支架（5）为半“工”形结构，高12mm，长10mm，宽7mm，其后部为托盘卡口（23）高5mm，长8mm，上部为直径3mm的固位螺丝孔D（24），下部为内窥镜卡口（25），直径5.5mm，内窥镜卡口（25）侧壁上设有从后向前的水平开口（26），所述水平开口（26）的长为8mm，宽1mm。

8.根据权利要求1所述的一种口腔种植机器人视觉导航系统的定位装置，其特征在于，所述固位螺丝（6）为M3内六角型螺丝，长度10mm。