CN109820608A - 牙根管治疗机器人及治疗方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种牙根管治疗机器人及治疗方法。在该牙根管治疗机器人中，云台及牙根管治疗光纤受到x轴运动单元和y轴运动单元的驱动而在xy平面上移动，牙根管治疗光纤受到z轴运动单元的驱动而沿z轴移动同时牙根管治疗光纤受到a轴运动单元的驱动而饶z轴转动。通过本发明，实现了牙根管治疗光纤的四自由度控制，从而使得利用微型机器人实施牙根管治疗的牙根管治疗光纤的各种运动方式得以实现，解决了采用手工方法完成牙根管治疗过程所存在的问题，降低了牙根管治疗的人工成本。

Description

牙根管治疗机器人及治疗方法

技术领域

本发明涉及医疗设备领域，具体而言，涉及一种牙根管治疗机器人及治疗方法。

背景技术

牙根管治疗是治疗牙髓病和根尖周病的首选方法。牙根管治疗术的原理是通过机械和化学方法去除牙根管内的大部分感染物，并通过充填牙根管、封闭冠部，防止发生根尖周病变或促进已经发生的根尖周病变的愈合。是口腔医生最基本的操作技术之一。据第四次全国口腔流行病学调查报告显示，3-5岁的患龋率为62.5％，龋失补牙数为3.35，12-15岁的患龋率为41.9％，龋失补牙数为1.04，35-44岁的患龋率为89％，龋失补牙数为4.54，55-64岁的患龋率为95.6％，龋失补牙数为8.69，65-74岁的患龋率为98％，龋失补牙数为13.33，由此可推断出目前我国大约有40亿颗牙齿要进行牙根管治疗。

目前临床上主要采用手工方法来完成整个牙根管治疗过程。在人类口腔狭小空间内，依靠现有的手工辗转提拉或者手持旋转镍钛器械或者超声震荡等方式进行钻孔疏通牙根管，完成一个具有三牙根管的牙齿的牙根管预备，平均需一个小时左右，如果遇上牙根管不通情况，有时候为了疏通一个牙根管就要花费一两个小时，费时费力，效率低下，易导致医生疲劳，罹患颈椎、腰椎等疾病；操作不慎还可能造成器械疲劳折断，或者侧穿等人为医疗事故，经验不足的年轻医师还可能出现治疗不彻底，易导致二次感染，特别是对于一些钙化严重的牙根管，依靠现有的方法无法疏通，最终只能拔除患牙。

此外现有的依靠人眼观察、寻找牙髓腔内牙根管口的方法也非常落后，费劲，不宜轻易辨别，临床医生更多是依靠手的感觉和触觉，即使现在采用牙根管显微镜的方法，也依然费时费力，操作中还存在着镜像偏差问题。而且单台显微镜价格为几十万元，很难完全普及各级医院或诊所。

目前牙根管治疗过程一般需要四手操作，一个病人需要占用医生护士两人的资源，人力成本也比较昂贵。

发明内容

本发明提供了一种牙根管治疗机器人及治疗方法，以至少解决相关技术中采用手工方法完成牙根管治疗过程所存在的问题。

本发明实施例提供了一种牙根管治疗机器人，包括：基体，以及设置在所述基体内部的：x轴运动单元、y轴运动单元、云台、z轴运动单元和a轴运动单元，其中，所述云台分别与所述x轴运动单元和所述y轴运动单元滑动配合，并受到所述x轴运动单元和所述y轴运动单元的驱动而在xy平面上移动；所述z轴运动单元设置在所述云台上，用于驱动贯穿所述云台的牙根管治疗光纤沿z轴移动；所述a轴运动单元设置在所述云台上，用于驱动所述牙根管治疗光纤绕z轴转动。

可选地，所述牙根管治疗光纤沿z轴贯穿所述云台，且所述牙根管治疗光纤的弯曲方向和弯曲程度是可控的。

可选地，所述z轴运动单元和/或所述y轴运动单元分别包括驱动部、传动部和引导部，所述驱动部包括以下之一：电机驱动系统、气压驱动系统、电致驱动系统、液压驱动系统、气液压混合驱动系统、人工肌肉、以及其它介电、介磁、介声、介光、介热或介风等高分子、金属、生物弹性体驱动系统；所述传动部包括以下之一：丝杆传动部、钢丝绳传动部、带传动部、链条传动部、齿轮传动部。

可选地，所述x轴运动单元包括：x轴驱动电机、x轴丝杆、x轴移动滑轨、x轴移动滑杆；所述y轴运动单元包括：y轴驱动电机、y轴丝杆、y轴移动滑轨、y轴移动滑杆；其中，x轴移动滑杆通过第一面与x轴丝杆配合，y轴移动滑杆通过第二面与y轴丝杆配合；x轴移动滑杆通过第三面与x轴移动滑轨的滑槽配合，y轴移动滑杆通过第四面与y轴移动滑轨的滑槽配合；云台通过第五面与x轴移动滑杆上的滑槽配合，云台通过第六面与y轴移动滑杆上的滑槽配合。

可选地，所述z轴运动单元包括：x轴驱动电机、x轴丝杆、x轴移动滑轨、x轴移动滑杆；所述y轴运动单元包括：上平台、z轴驱动电机、右滚动轮轴、左滚动轮轴、主动传动摩擦轮、永磁铁、主动光纤摩擦轮、右从动传动摩擦轮、右电磁线圈、右从动光纤摩擦轮、从动传动摩擦轮、左电磁线圈、左从动光纤摩擦轮；其中，上平台与云台固连；z轴驱动电机与上平台固连，z轴驱动电机的电机轴与上平台的第七面和第八面转动配合；主动传动摩擦轮、永磁铁、主动光纤摩擦轮固连在z轴驱动电机的电机轴上；右滚动轮轴的第九面与上平台的第十面转动配合，并可以在上平台的第十一面上滑动；右从动传动摩擦轮、右电磁线圈、右从动光纤摩擦轮与右轮轴管固连，右轮轴管与右滚动轮轴转动配合，两者可以相对转动，同时通过卡簧或轴套限制右轮轴管沿右滚动轮轴轴向移动；右滚动轮轴的第十二面装有扭簧，使右电磁线圈不通电状态时右滚动轮轴与z轴驱动轴分离；左滚动轮轴的第十三面与上平台的第十四面转动配合，并可以在上平台的第十六面上滑动；左从动传动摩擦轮、左电磁线圈、左从动光纤摩擦轮与左轮轴管固连，左轮轴管与左滚动轮轴转动配合，两者可以相对转动，同时通过卡簧或轴套限制左轮轴管沿左滚动轮轴轴向移动；左滚动轮轴的第十七面装有扭簧，使左电磁线圈不通电状态时左滚动轮轴与z轴驱动轴分离。

可选地，所述a轴运动单元包括：a轴驱动电机、传动主摩擦轮、惰轮、传动从摩擦轮；其中，传动主摩擦轮与a轴驱动电机的电机轴固连，惰轮与设置在云台底部的轴转动配合，传动从摩擦轮与设置在云台底部的第二轴转动配合，传动主摩擦轮、惰轮和传动从摩擦轮形成摩擦轮传动。

可选地，所述云台还包括：光纤Y型通道；所述光纤Y型通道设置在所述云台底部，包括：牙根管治疗光纤管道和照明成像光纤管道；其中，牙根管治疗光纤管道和照明成像光纤管道共用一个出口，且所述第二轴设置在该出口上。

可选地，穿过所述牙根管治疗光纤管道的牙根管治疗光纤的横截面为任意形状，所述牙根管治疗光纤管道的出口也为与所述横截面相适应的任意形状。

可选地，穿过所述牙根管治疗光纤管道的牙根管治疗光纤的横截面为非圆形，所述牙根管治疗光纤管道的出口也为与所述横截面相适应的非圆形。

可选地，所述牙根管治疗机器人还包括：气/液回路单元，包括盛放药物和充填糊剂的容器、回收容器、控制各个支路连通的电磁阀、动力泵及管道。

可选地，所述牙根管治疗机器人还包括：牙齿定位器，用于固定到患者的牙列以及固定所述牙根管治疗机器人基体；在所述牙齿定位器上还开设有用于暴露术野的通孔。

本发明实施例还提供了一种牙根管治疗方法，包括：

将牙根管治疗机器人与牙体硬组织相对固定，并根据所述牙体硬组织的坐标系初始化所述牙根管治疗机器人的工作光纤的末端的位置；

调整所述牙根管治疗机器人的工作光纤的末端相对于目标牙的高度，完成光纤的激光对焦；

控制所述牙根管治疗机器人的工作光纤按照第一预设路径运动，层层去除所述目标牙的髓腔上方的牙体硬组织，完成所述目标牙的开髓过程。

可选地，所述方法还包括：

在层层去除所述目标牙的髓腔上方的牙体硬组织的过程中，控制所述牙根管治疗机器人通过输送管道向手术位置输送冷风降温以及通过排出管道从手术位置排出切削产生的粉尘。

可选地，在完成所述目标牙的开髓过程之后，所述方法还包括：

控制所述牙根管治疗机器人的工作光纤按照第二预设路径运动，以使所述工作光纤的末端依次到达每个牙根管的附近。

可选地，在所述工作光纤的末端到达一个牙根管的附近之后，所述方法还包括：

控制所述牙根管治疗机器人的照明成像光纤按照第三预设路径运动，在所述照明成像光纤到达指定位置后记录照明成像光纤的长度及位置后，收回所述照明成像光纤；

控制所述牙根管治疗机器人的工作光纤按照记录的长度及位置运动到所述指定位置后，控制所述工作光纤产生与所述牙根管弯曲方向和程度相同的可控弯曲，并控制所述工作光纤逐渐伸入所述牙根管；

在所述工作光纤伸入所述牙根管的过程中，按照预先规划切削出一个连续通畅的锥形牙根管。

可选地，所述方法还包括：

在按照预先规划切削出一个连续通畅的锥形牙根管的过程中，控制所述牙根管治疗机器人通过排出管道从手术位置排出切削产生的粉尘。

可选地，在所述工作光纤的末端到达一个牙根管的附近之后，所述方法还包括：

控制所述牙根管治疗机器人通过输送管道向手术位置定量定压输入冲洗消毒药液，并随后通过排出管道从手术位置排出冲洗消毒药液；

控制所述牙根管治疗机器人通过输送管道向手术位置输送热风，对牙根管和髓腔进行干燥。

可选地，在所述工作光纤的末端到达一个牙根管的附近之后，所述方法还包括：

控制所述牙根管治疗机器人排出管道从手术位置向外排风形成定量负压，借助该定量负压将牙根管封闭剂通过输送管道吸至牙根管壁上之后，再次借助该定量负压将热牙胶通过输送管道导入牙根管内，完成牙根管填充。

通过本发明实施例提供的牙根管治疗机器人及治疗方法，云台及牙根管治疗光纤受到x轴运动单元和y轴运动单元的驱动而在xy平面上移动，牙根管治疗光纤受到z轴运动单元的驱动而沿z轴移动同时牙根管治疗光纤受到a轴运动单元的驱动而饶z轴转动，实现了牙根管治疗光纤的四自由度控制，从而使得利用微型机器人实施牙根管治疗的牙根管治疗光纤的各种运动方式得以实现，解决了采用手工方法完成牙根管治疗过程所存在的问题，降低了牙根管治疗的人工成本。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的牙根管治疗机器人系统的整体结构图；

图2a是根据本发明实施例的牙根管治疗机器人系统的使用状态示意图；

图2b是根据本发明实施例的牙齿定位器的使用状态示意图；

图3是根据本发明实施例的牙根管治疗光纤自由度示意图；

图4是根据本发明实施例的牙根管治疗机器人整体结构图；

图5a和图5b是根据本发明实施例的牙根管治疗机器人xy轴运动单元的示意图；

图6是根据本发明实施例的牙根管治疗机器人z轴运动单元的示意图；

图7a和图7b是根据本发明实施例的牙根管治疗机器人z轴运动单元分解图；

图8a和图8b是根据本发明实施例的牙根管治疗机器人α轴运动单元的示意图；

图9是根据本发明实施例的光纤Y型通道的示意图；

图10是根据本发明实施例的牙根管治疗机器人系统气/液回路单元的示意图；

图11是根据本发明实施例的牙根管治疗机器人线路连接的示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本实施例中提供了一种牙根管治疗机器人系统，图1是根据本发明实施例的牙根管治疗机器人系统的整体结构图；图2a是根据本发明实施例的牙根管治疗机器人系统的使用状态示意图；如图1和图2a所示，该牙根管治疗机器人系统包括牙根管治疗机器人1；该牙根管治疗机器人系统还可以包括与牙根管治疗机器人配合使用的牙齿定位器2，图2b是根据本发明实施例的牙齿定位器的使用状态示意图。

图2a中A为牙列三维数据，在实际应用当中，牙齿定位器通过固位材料(比如硅橡胶)与患者牙列固定，并将目标牙齿(需要进行牙根管治疗的牙齿)暴露在定位器术野2-1中，然后牙根管治疗机器人1根据预先设计的程序和规划的路径控制工作激光对目标牙齿进行牙根管治疗。

牙根管治疗机器人主要用于控制牙根管治疗光纤(下面统称工作光纤)的四个自由度，其中三个平移自由度，即x、y、z三个方向平移，xyz相互垂直，一个旋转自由度，即绕z轴旋转(a轴转动)，如图3所示。牙根管治疗机器人整体结构图如图4所示，主要由实现工作光纤四个自由度运动的x轴驱动电机4，y轴驱动电机7，z轴驱动电机13，a轴驱动电机16以及其他组件组成，下面将一一详述。在实际应用中，除了电机，基于液压、气压、人工肌肉、介电/热/磁弹性体材料也能实现工作光纤的四个自由度运动。

如图5a和图5b所示，为牙根管治疗机器人xy运动单元，包括x轴驱动电机4，x轴丝杆3，x轴移动滑轨6，x轴移动滑杆10，y轴驱动电机7，y轴丝杆8，y轴移动滑轨5，y轴移动滑杆11，云台9。x轴驱动电机、y轴驱动电机、x轴移动滑轨、y轴移动滑轨可以通过螺钉、焊接、铆接、粘接等方式固定于基体17上。x轴移动滑杆通过第一面10-A与x轴丝杆配合，y轴移动滑杆通过第二面11-A与y轴丝杆配合。x轴移动滑杆通过第三面10-C与x轴移动滑轨滑槽6-A配合，y轴移动滑杆通过第四面11-C与y轴移动滑轨滑槽5-A配合。云台通过第五面9-A与x轴移动滑杆滑槽10-B配合，通过第六面9-B与y轴移动滑杆滑槽11-B配合。通过以上设计，x轴驱动电机带动x轴丝杆转动，x轴丝杆带动x轴移动滑杆沿着x轴与x轴移动滑轨相对滑动，从而带动云台沿着x轴移动。同理，y轴驱动电机带动y轴丝杆转动，y轴丝杆带动y轴移动滑杆沿着y轴与y轴移动滑轨相对滑动，从而带动云台沿着y轴移动。在实际应用中，除了丝杆传动，还可以通过钢丝绳传动、带传功、链条传动、齿轮传动等方式实现。

如图6所示，为牙根管治疗机器人z轴运动单元，包括上平台12、z轴驱动电机13、右滚动轮轴14、左滚动轮轴15及各自组件。如图7a和图7b所示，为牙根管治疗机器人z轴运动单元分解图。

上平台12通过螺钉12-3与云台9固连。z轴驱动电机13通过法兰电机法兰、螺钉连接与上平台12固连，z轴驱动电机的电机轴13-4与上平台的第七面12-B和第八面12-E转动配合配合，主动传动摩擦轮13-1、永磁铁13-2、主动光纤摩擦轮13-3固连在z轴驱动电机电机轴上，所以z轴驱动电机可以驱动主动传动摩擦轮、永磁铁和主动光纤摩擦轮一起转动。右滚动轮轴14的第九面14-A与上平台的第十面12-F转动配合，并可以在上平台的第十一面12-C上滑动。右从动传动摩擦轮14-1、右电磁线圈14-2、右从动光纤摩擦轮14-3与右轮轴管14-4固连，右轮轴管与右滚动轮轴转动配合，两者可以相对转动，同时通过卡簧、轴套等方式限制右轮轴管沿右滚动轮轴轴向移动。右滚动轮轴的第十二面14-B装有扭簧，使初始状态(右电磁线圈不通电状态)时右滚动轮轴与z轴驱动轴分离。左滚动轮轴15的第十三面15-A与上平台的第十四面12-D转动配合，并可以在上平台的第十六面12-A上滑动。左从动传动摩擦轮15-1、左电磁线圈15-2、左从动光纤摩擦轮15-3与左轮轴管15-4固连，左轮轴管与左滚动轮轴转动配合，两者可以相对转动，同时通过卡簧、轴套等方式限制左轮轴管沿左滚动轮轴轴向移动。左滚动轮轴的第十七面15-B装有扭簧，使初始状态(左电磁线圈不通电状态)时左滚动轮轴与z轴驱动轴分离。

牙根管治疗机器人驱动照明成像光纤12-1和工作光纤12-2沿z轴移动实现过程：由上述可知，由于扭簧的作用初始状态时右滚轮轮轴和左滚轮轮轴均与z轴驱动电机轴分离，若想驱动工作光纤沿z轴移动，将右电磁线圈通电，产生与永磁铁相吸的磁场，永磁铁吸引右滚动轮轴相对12-F转动，从而右传动摩擦轮与主动传动摩擦轮接触，同时主动光纤摩擦轮和右从动光纤摩擦轮将工作光纤夹紧，此时，z轴驱动电机转动，通过摩擦轮传动带动右滚动轮轴转动，并带着工作光纤沿着z轴方向移动。若想驱动照明成像沿z轴移动，将左电磁线圈通电，产生与永磁铁相吸的磁场，永磁铁吸引左滚动轮轴相对12-D转动，从而左传动摩擦轮与主动传动摩擦轮接触，同时主动光纤摩擦轮和左从动光纤摩擦轮将照明成像光纤夹紧，此时，z轴驱动电机转动，通过摩擦轮传动带动左滚动轮轴转动，并带着照明成像光纤沿着z轴方向移动。左电磁线圈和右电磁线圈不能同时通电，即同一时间只能推送工作光纤或者照明成像光纤沿z轴移动。

如图8a和图8b所示，为牙根管治疗机器人a轴运动单元，包括a轴驱动电机16、传动主摩擦轮17、惰轮18、传动从摩擦轮19。传动主摩擦轮与a轴驱动电机的电机轴固连，惰轮与设置在云台底部的第一轴9-C转动配合，传动从摩擦轮与设置在云台底部的第二轴12-I转动配合，传动主摩擦轮、惰轮和传动从摩擦轮形成摩擦轮传动。工作光纤穿过管道12-G从出口19-A穿出，照明成像光纤穿过管道12-H从出口19-A穿出，光纤Y型通道如图9所示。需要说明的是，在本发明实施例中所称的Y型通道可以是任意具有两个入口而共用一个出口的通道，例如该Y型通道可以是倒“卜”型通道，或者其他的类Y型通道。

牙根管治疗机器人驱动工作光纤绕z轴方向转动实现过程：首先通过z轴运动单元推送工作光纤穿过12-G并从口19-A穿出。牙根管治疗微型机器人的工作光纤的截面可以为圆形或非圆形，优选为非圆形，例如椭圆形、哑铃形、多边形等，并且工作光纤的截面形态和出口19-A相契合，所以当a轴驱动电机通过摩擦轮传动带动传动从摩擦轮转动时，由于工作光纤外形和出口的形状约束，会带动工作光纤绕z轴转动。

在实际操作中，为了能够让工作光纤精确到达指定位置，可以先将照明成像光纤通过z轴运动单元推送到目标牙根管口附近，通过成像识别确定牙根管口的位置，然后z轴运动单元将照明成像光纤抽出，而通过Y型通道推送工作光纤到确定的牙根管口，并插入目标牙根管进行牙根管治疗。

由此可见，通过上述Y型通道的设计，使得工作光纤和照明成像光纤位于同一坐标系，再结合xyza轴电机反馈系统，可以精确定位光纤位置。在实际应用中，工作光纤和照明成像光纤通过悬空盘旋转的方式将光纤方向从水平(或垂直)的方向改为垂直(或水平)的方向，方便a轴驱动光纤360度旋转。

如图10所示，为牙根管治疗机器人系统气/液回路单元，如图11所示，为牙根管治疗机器人线路连接示意图。在牙根管预备时需要通过气体冷却和抽取粉尘，同时在预备后需要相关药物的充填和消毒。气/液回路单元主要包括盛放相关药物和充填糊剂的容器(液1、液2、液3)、回收容器、控制各个支路连通的电磁阀(E1、E2、E3、E4)、动力泵(泵1、泵2)及管道。气/液输入管将气体或液体送入牙髓腔或者牙根管里，气/液输出管将气体和粉尘等物质从髓腔和牙根管吸出，并存放到回收容器中。气/液输入管穿过孔1-D和孔12-J到达髓腔，气/液输出管穿过孔1-A和孔9-D到达髓腔，工作光纤穿过孔1-B和孔12-G并从孔9-A穿出，到达髓腔和牙根管，照明成像光纤穿过孔1-C和孔12-H并从孔9-A穿出，到达髓腔和牙根管口。

本发明实施例提供的牙根管治疗机器人系统，除采用传统的电机、马达等动力控制运动以外，还可以采取热力学、磁场、气动、介磁或介电弹性体的人造肌肉等运动和控制方式。

本实施例还提供了一种牙根管治疗方法，该牙根管治疗方法优选采用上述的牙根管治疗微型机器人来实现，当然，采用类似上述牙根管治疗微型机器人具有xyza轴四自由度运动及具有可控弯曲的工作光纤的牙根管治疗设备来实现本实施例的方法也是可以被构想的。

为了清楚描述本发明实施例提供的牙根管治疗方法相对于传统治疗方法的区别及优势，在本实施例中将对牙根管治疗的各个步骤分别进行对比和说明。

步骤1、确定髓腔入路及开髓位置和洞型

传统方法：目测，并借助于X线片，在头脑中勾勒出开髓孔的位置和形状。

本实施例：

①通过CBCT获取目标牙及髓腔、牙根管的三维数据；

②医生操作开髓孔设计软件用鼠标在三维数据上提取出开髓孔的区域，获取所去除牙体硬组织的三维形态数据。

步骤2、穿通髓腔，揭净髓室顶，修整髓室侧壁，形成便宜形

传统方法：医生手持高速涡轮手机和钻针，根据头脑中勾勒的开髓孔的位置和形状，去除目标牙上的牙体硬组织，形成开髓洞形，然后继续直视或通过口镜反射去除髓腔侧壁凸起的牙本质，使入口洞形完全暴露每个牙根管口。

本实施例：

①医生将牙齿定位器固定在目标牙及其邻牙及组织上，将牙根管治疗微型机器人口内部分与牙齿定位器进行刚性对接，使机器人的坐标系与目标牙的坐标系统保持在同一个坐标系内；

②医生根据步骤1获取的去除牙体硬组织的三维数据，利用路径规划软件规划出飞秒激光光斑的运动路径；

③智能模式识别系统自动将路径规划数据输入机器人的控制软件，自动控制x、y轴的微型电机带动空心光纤自动到达开髓的起始位置，同时送风、吸风管末端也随之到达相应的位置；自动控制软件随后控制滚轮带动空心光纤上下移动，完成对焦；然后激光光斑按照预先设定的运动路径，层层去除髓腔上方的牙体硬组织，完成开髓的过程；

④在激光切削牙体硬组织的过程中，调用气泵控制软件自动控制输送冷风降温，同时吸出切削产生的粉尘。

步骤3，定位牙根管口

传统方法：医生利用DG-16探针等工具探查，定位每个牙根管。

本实施例：

①智能模式识别系统探查开髓洞型与设计相符时，自动根据步骤1重建的牙根管口的三维数据，调用路径规划软件规划Y型通道出口末端的运动路径；

②自动将规划号的数据传递给机器人控制软件，控制Y型通道移动，智能模式识别系统使末端依次到达每个牙根管口附近。

步骤4，探查、通畅牙根管，建立牙根管通路，测量牙根管长度，逐级完成牙根管预备，形成一个内壁呈连续锥形的通畅牙根管

传统方法：医生选用小号K锉通畅牙根管，利用牙根管测量仪确定牙根管长度，然后利用不同型号的牙根管锉逐级扩大。

本实施例：

①智能模式识别系统探查到Y型通道到达预定牙根管口，自动根据CBCT重建的牙根管三维数据，调用路径规划软件规划光纤的伸入及弯曲度；

②自动将路径规划数据传递给机器人控制软件，控制软件发出指令控制机器人中的滚轮转动，照明成像光纤逐渐伸入，到达指定位置后，进行长度及位置的记录；照明成像光纤收回，飞秒激光空心光纤逐渐伸入；

③智能模式识别系统探查空心光纤到达牙根管预定位置时，调用气泵控制软件，自动控制定温定量的热风吸向光纤，引起附着于光纤的变形材料(包括基于温度控制弹性材料，或其他声光电热磁介入材料，如聚酯类高分子、钛镍记忆丝合金等)发生定量形变弯曲；

④在光纤伸入的过程中，调用飞秒激光自动控制软件，实时调控飞秒激光的光斑和功率，使其作用于牙根管中的残余物及内壁，按照预先规划切削出一个连续通畅的锥形牙根管；

为了完满实现牙根管锥度要求，利用激光高斯光束的自身特性或利用附加的可控微辐摆动装置控制光纤自上而下或自下而上在所述工作光纤伸入所述牙根管的过程中，从而按照预先规划切削出一个连续通畅的锥形牙根管，见公式1：

其中，φ表示牙根管锥度，ω表示激光功率，v表示光纤移动速度。

⑤在飞秒激光切削牙体组织的同事，调用气泵控制软件，自动控制吸风量，将切削产生的粉尘及时吸出。

步骤5，牙根管冲洗、消毒

传统方法：医生用牙根管冲洗器取次氯酸钠、EDTA、氯己定、生理盐水等反复冲洗消毒，彻底清除牙根管内寄生的微生物。

本实施例：

①智能模式识别系统探查到锥形牙根管与设计相符，自动调用机器人控制软件控制进气管一次指向每个牙根管口的位置；

②自动调用气泵控制软件操纵打开储药池阀门，定量定压输入冲洗消毒药液，稍后控制吸气管将药液吸出，反复三至四次，自动控制输入热风，对牙根管和髓腔进行干燥。

步骤6，牙根管填充

传统方法：热牙胶充填法，医生先将调好的牙根管封闭剂用纸捻涂布在牙根管壁上一薄层，将热牙胶注射针头插入牙根管至距根尖3-5mm，注入热牙胶，并压实。

本实施例：

①智能模式识别系统探查髓腔和牙根管处于干燥状态后，自动调用路径规划程序，形成规划数据后输入机器人控制软件控制进气管依次指向每个牙根管口的位置；

②自动调用气泵控制软件关闭进气管，打开吸风管形成定量负压，打开牙根管封闭剂储药池阀门，关闭其他储药池阀门，将牙根管封闭剂吸至牙根管壁上，然后再打开热牙胶储液池阀门，在负压的作用下，将热牙胶自动导入每个牙根管内，完成填充过程。

需要说明的是，上述的智能模块识别系统是作为牙根管治疗微型机器人工作的可选配套软件，该智能模块识别系统实现的相关操作，也可以由人工完成，从而利用牙根管治疗微型机器人实现半自动的牙根管治疗。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (18)

1.一种牙根管治疗机器人，其特征在于，包括：基体，以及设置在所述基体内部的：x轴运动单元、y轴运动单元、云台、z轴运动单元和a轴运动单元，其中，

所述云台分别与所述x轴运动单元和所述y轴运动单元滑动配合，并受到所述x轴运动单元和所述y轴运动单元的驱动而在xy平面上移动；

所述z轴运动单元设置在所述云台上，用于驱动贯穿所述云台的牙根管治疗光纤沿z轴移动；

所述a轴运动单元设置在所述云台上，用于驱动所述牙根管治疗光纤绕z轴转动。

2.根据权利要求1所述的牙根管治疗机器人，其特征在于，所述牙根管治疗光纤沿z轴贯穿所述云台，且所述牙根管治疗光纤的弯曲方向和弯曲程度是可控的。

3.根据权利要求1所述的牙根管治疗机器人，其特征在于，所述z轴运动单元和/或所述y轴运动单元分别包括驱动部、传动部和引导部，所述驱动部包括以下之一：电机驱动系统、气压驱动系统、电致驱动系统、液压驱动系统、气液压混合驱动系统、人工肌肉、以及其它介电、介磁、介声、介光、介热或介风高分子、金属、生物弹性体驱动系统；所述传动部包括以下之一：丝杆传动部、钢丝绳传动部、带传动部、链条传动部、齿轮传动部。

4.根据权利要求1所述的牙根管治疗机器人，其特征在于，所述x轴运动单元包括：x轴驱动电机、x轴丝杆、x轴移动滑轨、x轴移动滑杆；所述y轴运动单元包括：y轴驱动电机、y轴丝杆、y轴移动滑轨、y轴移动滑杆；其中，

x轴移动滑杆通过第一面与x轴丝杆配合，y轴移动滑杆通过第二面与y轴丝杆配合；

x轴移动滑杆通过第三面与x轴移动滑轨的滑槽配合，y轴移动滑杆通过第四面与y轴移动滑轨的滑槽配合；

云台通过第五面与x轴移动滑杆上的滑槽配合，云台通过第六面与y轴移动滑杆上的滑槽配合。

5.根据权利要求1所述的牙根管治疗机器人，其特征在于，所述z轴运动单元包括：x轴驱动电机、x轴丝杆、x轴移动滑轨、x轴移动滑杆；所述y轴运动单元包括：上平台、z轴驱动电机、右滚动轮轴、左滚动轮轴、主动传动摩擦轮、永磁铁、主动光纤摩擦轮、右从动传动摩擦轮、右电磁线圈、右从动光纤摩擦轮、从动传动摩擦轮、左电磁线圈、左从动光纤摩擦轮；其中，

上平台与云台固连；z轴驱动电机与上平台固连，z轴驱动电机的电机轴与上平台的第七面和第八面转动配合；

主动传动摩擦轮、永磁铁、主动光纤摩擦轮固连在z轴驱动电机的电机轴上；

右滚动轮轴的第九面与上平台的第十面转动配合，并可以在上平台的第十一面上滑动；右从动传动摩擦轮、右电磁线圈、右从动光纤摩擦轮与右轮轴管固连，右轮轴管与右滚动轮轴转动配合，两者可以相对转动，同时通过卡簧或轴套限制右轮轴管沿右滚动轮轴轴向移动；右滚动轮轴的第十二面装有扭簧，使右电磁线圈不通电状态时右滚动轮轴与z轴驱动轴分离；

左滚动轮轴的第十三面与上平台的第十四面转动配合，并可以在上平台的第十六面上滑动；左从动传动摩擦轮、左电磁线圈、左从动光纤摩擦轮与左轮轴管固连，左轮轴管与左滚动轮轴转动配合，两者可以相对转动，同时通过卡簧或轴套限制左轮轴管沿左滚动轮轴轴向移动；左滚动轮轴的第十七面装有扭簧，使左电磁线圈不通电状态时左滚动轮轴与z轴驱动轴分离。

6.根据权利要求1所述的牙根管治疗机器人，其特征在于，所述a轴运动单元包括：a轴驱动电机、传动主摩擦轮、惰轮、传动从摩擦轮；其中，

传动主摩擦轮与a轴驱动电机的电机轴固连，惰轮与设置在云台底部的轴转动配合，传动从摩擦轮与设置在云台底部的第二轴转动配合，传动主摩擦轮、惰轮和传动从摩擦轮形成摩擦轮传动。

7.根据权利要求6所述的牙根管治疗机器人，其特征在于，所述云台还包括：光纤Y型通道；所述光纤Y型通道设置在所述云台底部，包括：牙根管治疗光纤管道和照明成像光纤管道；其中，

牙根管治疗光纤管道和照明成像光纤管道共用一个出口，且所述第二轴设置在该出口上。

8.根据权利要求7所述的牙根管治疗机器人，其特征在于，穿过所述牙根管治疗光纤管道的牙根管治疗光纤的横截面为任意形状，所述牙根管治疗光纤管道的出口也为与所述横截面相适应的任意形状。

9.根据权利要求8所述的牙根管治疗机器人，其特征在于，穿过所述牙根管治疗光纤管道的牙根管治疗光纤的横截面为非圆形，所述牙根管治疗光纤管道的出口也为与所述横截面相适应的非圆形。

10.根据权利要求1所述的牙根管治疗机器人，其特征在于，所述牙根管治疗机器人还包括：气/液回路单元，包括盛放药物和充填糊剂的容器、回收容器、控制各个支路连通的电磁阀、动力泵及管道。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的牙根管治疗机器人，其特征在于，所述牙根管治疗机器人还包括：牙齿定位器，用于固定到患者的牙列以及固定所述基体；在所述牙齿定位器上还开设有用于暴露术野的通孔。

12.一种牙根管治疗方法，其特征在于包括：

将牙根管治疗机器人与牙体硬组织相对固定，并根据所述牙体硬组织的坐标系初始化所述牙根管治疗机器人的工作光纤的末端的位置；

调整所述牙根管治疗机器人的工作光纤的末端相对于目标牙的高度，完成光纤的激光对焦；

控制所述牙根管治疗机器人的工作光纤按照第一预设路径运动，层层去除所述目标牙的髓腔上方的牙体硬组织，完成所述目标牙的开髓过程。

13.根据权利要求12所述的牙根管治疗方法，其特征在于，所述方法还包括：

在层层去除所述目标牙的髓腔上方的牙体硬组织的过程中，控制所述牙根管治疗机器人通过输送管道向手术位置输送冷风降温以及通过排出管道从手术位置排出切削产生的粉尘。

14.根据权利要求12所述的牙根管治疗方法，其特征在于，在完成所述目标牙的开髓过程之后，所述方法还包括：

控制所述牙根管治疗机器人的工作光纤按照第二预设路径运动，以使所述工作光纤的末端依次到达每个牙根管的附近。

15.根据权利要求14所述的牙根管治疗方法，其特征在于，在所述工作光纤的末端到达一个牙根管的附近之后，所述方法还包括：

控制所述牙根管治疗机器人的照明成像光纤按照第三预设路径运动，在所述照明成像光纤到达指定位置后记录照明成像光纤的长度及位置后，收回所述照明成像光纤；

控制所述牙根管治疗机器人的工作光纤按照记录的长度及位置运动到所述指定位置后，控制所述工作光纤产生与所述牙根管弯曲方向和程度相同的可控弯曲，并控制所述工作光纤逐渐伸入所述牙根管；

在所述工作光纤伸入所述牙根管的过程中，按照预先规划切削出一个连续通畅的锥形牙根管。

16.根据权利要求15所述的牙根管治疗方法，其特征在于，所述方法还包括：

在按照预先规划切削出一个连续通畅的锥形牙根管的过程中，控制所述牙根管治疗机器人通过排出管道从手术位置排出切削产生的粉尘。

17.根据权利要求14所述的牙根管治疗方法，其特征在于，在所述工作光纤的末端到达一个牙根管的附近之后，所述方法还包括：

控制所述牙根管治疗机器人通过输送管道向手术位置定量定压输入冲洗消毒药液，并随后通过排出管道从手术位置排出冲洗消毒药液；

控制所述牙根管治疗机器人通过输送管道向手术位置输送热风，对牙根管和髓腔进行干燥。

18.根据权利要求14所述的牙根管治疗方法，其特征在于，在所述工作光纤的末端到达一个牙根管的附近之后，所述方法还包括：

控制所述牙根管治疗机器人排出管道从手术位置向外排风形成定量负压，借助该定量负压将牙根管封闭剂通过输送管道吸至牙根管壁上之后，再次借助该定量负压将热牙胶通过输送管道导入牙根管内，完成牙根管填充。