CN111616818B - 一种用于错位咬合正畸的颌板制作装置与方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于错位咬合正畸的颌板制作装置与方法，属于牙齿矫正手术辅助设备技术领域。本发明解决了现有的手术颌板制作装置存在的精度低、重复性差的问题。第一位置调节组件通过主动并联安装基座固定安装在基础框架的上部，所述主动并联移动盘固装在第一位置调节组件的底端且通过第一位置调节组件实现六个自由度运动，所述被动并联机构包括被动并联安装基座、被动并联移动盘及第二位置调节组件，其中所述第二位置调节组件通过被动并联安装基座固定安装在基础框架的下部且位于主动并联移动盘的下方，所述被动并联移动盘固装在第二位置调节组件的顶端且通过第二位置调节组件实现六个自由度运动。

Description

一种用于错位咬合正畸的颌板制作装置与方法
技术领域
本发明涉及一种用于错位咬合正畸的颌板制作装置与方法，属于牙齿矫正手术辅助设备技术领域。
背景技术
错位咬合畸形不仅影响口腔和面部组织的正常发育，妨碍牙齿及牙周组织的健康，而且影响口腔功能及面容的美观。错位咬合畸形严重时，咀嚼功能严重降低，会引起消化不良及胃肠疾病，损害身体健康。部分错位咬合畸形妨碍发音及面形，影响正常交友、社交，甚至造成严重的心理负担。
咬合错位的情况各有不同，都不同程度的造成了颌面外观和牙齿功能的障碍，及时进行牙齿矫正是关键。目前急需一种能准确模拟分析和仿真出上下牙咬合修正关系的方法与装置。采用这种方法与装置可以帮助医生通过牙模和颌板确定待校正尺寸进而确定治疗方案、并可以反复模拟治疗后的效果。
目前颌面外科针对错位咬合正畸常规的操作流程是：
1.让错位咬合病人咬住标准颌板,制作原始咬合颌板；
2.根据原始颌板上下牙印差量取基本正畸尺寸，留待指导手术
3.扫描病人上下牙体，3D打印病人上牙模和下牙模；
4.人工操作上下牙模移动到设计咬合姿态，产生新的颌板；
5.利用基本正畸尺寸,调整病人牙骨,使病人上下牙骨与新颌板完全咬合,固定上下牙骨，完成错位正畸手术。
现有牙模咬合架，一般采用了上下两块牙模板子，其中上牙模板可以绕固定的机械旋转轴旋转，通过旋转上牙模板从而达到模拟牙模咬合的动作。其中制作的牙模通过胶水固定顶到上下牙模板子上。
由于每位患者的牙齿到下颌骨的距离不同，而且牙齿咬合过程不是单纯的轴旋转动作，这种人工操作存在着精度不足、重复性差等问题，严重影响治疗效果，因此急需一种可量化、便捷操作的手术颌板制作装置与方法。
发明内容
本发明是为了解决现有的手术颌板制作装置存在的精度低、重复性差的问题，进而提供了一种用于错位咬合正畸的颌板制作装置与方法。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种用于错位咬合正畸的颌板制作装置，它包括基础框架、主动并联机构及被动并联机构，所述主动并联机构包括主动并联安装基座、主动并联移动盘及第一位置调节组件，其中所述第一位置调节组件通过主动并联安装基座固定安装在基础框架的上部，所述主动并联移动盘固装在第一位置调节组件的底端且通过第一位置调节组件实现六个自由度运动，所述被动并联机构包括被动并联安装基座、被动并联移动盘及第二位置调节组件，其中所述第二位置调节组件通过被动并联安装基座固定安装在基础框架的下部且位于主动并联移动盘的下方，所述被动并联移动盘固装在第二位置调节组件的顶端且通过第二位置调节组件实现六个自由度运动。
进一步地，第一位置调节组件及第二位置调节组件均为六自由度并联机构平台。
进一步地，基础框架的内部布置有电气箱，第一位置调节组件与电气箱电连接，且基础框架的外部安装有操作显示屏，通过操作显示屏及电气箱控制第一位置调节组件的动作。
进一步地，所述第一位置调节组件包括六个直线驱动模组及六个球头连杆组件，其中六个直线驱动模组均竖直布置且沿水平方向呈环形均布，六个球头连杆组件的上端一一对应与六个直线驱动模组的滑块转动连接，六个球头连杆组件的下端同时与主动并联移动盘的上表面转动连接。
进一步地，第二位置调节组件包括六个气缸组件，每个气缸组件的顶部均通过球头轴承转动连接在被动并联移动盘的下表面，每个气缸组件的底部均通过虎克铰转动连接在被动并联安装基座的上表面，每个气缸组件的缸体上均安装有抱紧锁，通过抱紧锁上的锁紧螺钉实现对气缸组件中伸缩杆的抱死。
进一步地，每个气缸的缸体上均固定安装有固定连接件，抱紧锁通过固定连接件固定安装抱紧锁。
进一步地，被动并联移动盘的上表面相对固装有两个推动把手。
进一步地，主动并联移动盘的下表面以及被动并联移动盘的上表面分别固装有磁力扣和止口，上牙模与下牙模分别对应安装在主动并联移动盘的下表面及被动并联移动盘的上表面。
进一步地，基础框架的上部罩设有上盖，所述电气箱及主动并联机构的上部均罩设在上盖内，第二位置调节组件的外部罩设有软罩。
一种采用上述用于错位咬合正畸的颌板制作装置的制作方法，它包括如下步骤：
步骤一、通过CT拍片技术扫描病人上、下牙体，得到患者牙齿位置相关参数，制作原始咬合颌板；
步骤二、采用3D打印病人上、下牙模；
步骤三、将上牙模固定在主动并联移动盘上，将下牙模固定在被动并联移动盘上，控制主动并联机构停在零位，手动推动被动并联机构，带动和调整上、下牙模之间的相对位置，将上牙模、原始咬合颌板、下牙模咬合，形成病人原始牙齿结构，此时将被动并联装置锁定；
步骤四、驱动主动并联机构，模拟病人实际咬合情况，确定主动并联机构运动轨迹；
步骤五、放入新的颌板，控制主动并联机构到达手术设计的修型位姿，并控制主动并联机构按病人关节位置，多次咬合新颌板，实现咬合过程，验证手术设计的合理性，同时产生的颌板供临床手术使用。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
通过具有六自由度的主动并联机构及从动并联机构，控制上下牙模之间的相对位置及咬合过程，有效提高手术颌板制作精度，且通过主动并联机构模拟牙齿咬合，有效保证咬合过程的重复性，操作简单。
附图说明
图1为本申请的立体结构示意图(包含上盖及软罩)；
图2为本申请的立体结构示意图(不包含上盖及软罩)；
图3为主动并联机构的第一立体结构示意图；
图4为主动并联机构的第二立体结构示意图；
图5为被动并联机构的立体结构示意图；
图6为气缸组件的立体结构示意图；
图7为气缸组件的主剖视示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1～7说明本实施方式，一种用于错位咬合正畸的颌板制作装置，它包括基础框架1、主动并联机构2及被动并联机构3，所述主动并联机构2包括主动并联安装基座21、主动并联移动盘22及第一位置调节组件23，其中所述第一位置调节组件23通过主动并联安装基座21固定安装在基础框架1的上部，所述主动并联移动盘 22固装在第一位置调节组件23的底端且通过第一位置调节组件23实现六个自由度运动，所述被动并联机构3包括被动并联安装基座31、被动并联移动盘32及第二位置调节组件33，其中所述第二位置调节组件33通过被动并联安装基座31固定安装在基础框架1的下部且位于主动并联移动盘22的下方，所述被动并联移动盘32固装在第二位置调节组件 33的顶端且通过第二位置调节组件33实现六个自由度运动。主动并联机构2通过电动控制，被动并联机构3通过手动调节。将上、下牙模分别安装到主动并联移动盘22及被动并联移动盘32上。控制主动并联机构2实现模拟牙齿咬合过程。
通过具有六自由度的主动并联机构2及从动并联机构，控制上下牙模之间的相对位置及咬合过程，有效提高手术颌板制作精度，且通过主动并联机构2模拟牙齿咬合，有效保证咬合过程的重复性，操作简单。
第一位置调节组件23及第二位置调节组件33均为六自由度并联机构平台。
基础框架1的内部布置有电气箱4，第一位置调节组件23与电气箱4电连接，且基础框架1的外部安装有操作显示屏5，通过操作显示屏5及电气箱4控制第一位置调节组件23的动作。操作显示屏5与电气箱4之间的电连接以及电气箱4与第一位置调节组件 23之间的电连接均采用现有技术中的连接方式，只要能够实现通过操作显示屏5控制第一位置调节组件23运动即可，此处不再赘述。基础框架1上留有操作显示屏5、电气箱4、主动并联机构2及被动并联机构3的安装接口。电气箱4采用风扇散热。
所述第一位置调节组件23包括六个直线驱动模组232及六个球头连杆组件231，其中六个直线驱动模组232均竖直布置且沿水平方向呈环形均布，六个球头连杆组件231 的上端一一对应与六个直线驱动模组232的滑块转动连接，六个球头连杆组件231的下端同时与主动并联移动盘22的上表面转动连接。其中六个直线驱动模组232运用运动学的解算方式，可计算出六个直线驱动模组232运动位置与主动并联移动盘22姿态关系。例如：当六个直线驱动模组232驱动滑块同时向下移动相同距离时，主动并联移动盘22向下平移。例如：主动并联移动盘22需要摆放特定姿态时，需要直线驱动模组232分别驱动滑块走到解算后的位置(即每个直线驱动模组232都不同)。通过直线驱动模组232控制球头连杆组件231的上下动作，进而控制上牙模的模拟咬合动作。
第二位置调节组件33包括六个气缸组件331，每个气缸组件331的顶部均通过球头轴承332转动连接在被动并联移动盘32的下表面，每个气缸组件331的底部均通过虎克铰333转动连接在被动并联安装基座31的上表面，每个气缸组件331的缸体上均安装有抱紧锁334，通过抱紧锁334上的锁紧螺钉335实现对气缸组件331中伸缩杆的抱死。六个气缸组件331通过角度配合的方式与被动并联移动盘32和被动并联安装基座31相连接，形成并联结构。采用气缸作为支撑杆，每个气缸组件331均采用被动伸缩且位置带锁定功能。气缸组件331采用商品级气缸。当气缸的进气口与出气口与大气相同时，气缸可自由被动伸缩。抱紧锁334通过锁紧螺钉335可以将气缸组件331中的伸缩杆抱死，实现了气缸位置锁死功能。
每个气缸的缸体上均固定安装有固定连接件336，抱紧锁334通过固定连接件336固定安装抱紧锁334。固定连接件336与气缸的缸体之间为螺纹连接。
被动并联移动盘32的上表面相对固装有两个推动把手34。便于在实际使用中通过推动把手34拖动下牙模，利用锁紧螺钉335实现位置保持。
主动并联移动盘22的下表面以及被动并联移动盘32的上表面分别固装有磁力扣和止口，上牙模与下牙模分别对应安装在主动并联移动盘22的下表面及被动并联移动盘32的上表面。磁力扣即为现有技术中所熟知的能够实现两个物体连接的磁力结构(如磁铁)，止口即在主动并联移动盘及被动并联移动盘表面开设有凹槽，起到对上牙模及下牙模的限位作用，通过磁力扣和止口，便于将上、下牙模固定在主动并联移动盘22及被动并联移动盘32上，以实现上、下牙模的快速安装和拆卸。
基础框架1的上部罩设有上盖6，所述电气箱4及主动并联机构2的上部均罩设在上盖6内，第二位置调节组件33的外部罩设有软罩7。通过将驱动及执行部分集中到一起，形成一个独立的设备，并通过上盖6和医用软罩7进行封闭，以达到医疗器械标准。大夫可以通过操作显示屏5对机构进行参数设定和操作。
具体实施方式二：结合图1～7说明本实施方式，一种采用上述用于错位咬合正畸的颌板制作装置的制作方法，它包括如下步骤：
步骤一、通过CT拍片技术扫描病人上、下牙体，得到患者牙齿位置相关参数，制作原始咬合颌板；
步骤二、采用3D打印病人上、下牙模(即：根据患者牙齿实际位置1:1制作牙齿模型)；
步骤三、将上牙模固定在主动并联移动盘上，将下牙模固定在被动并联移动盘上，控制主动并联机构停在零位(即：将主动并联机构电动寻零后位置保持)，手动推动被动并联机构，带动和调整上、下牙模之间的相对位置(即咬合位置)，将上牙模、原始咬合颌板、下牙模咬合(此时是目测牙齿咬合最好且最美观的位置)，形成病人原始牙齿结构(即病人原始的上牙与下牙咬合状态下的位置关系)，此时将被动并联装置锁定；
步骤四、驱动主动并联机构，模拟病人实际咬合情况，确定主动并联机构运动轨迹；
步骤五、放入新的颌板，控制主动并联机构到达手术设计的修型位姿(所述手术设计的修型位姿即：操作人员根据病人的牙齿结构及咬合位置为病人设计的新的咬合位置)，并控制主动并联机构按病人关节位置(即步骤四中所述虚拟转动轴)，多次咬合新颌板，实现咬合过程，验证手术设计的合理性，同时产生的颌板供临床手术使用。用新颌板指导咬合错位手术。步骤三中通过主动并联机构固定上牙模100，相对于现有技术中的手工操作稳定性更好。步骤四中通过被动并联机构位姿变化测得校准正畸尺寸，精确度高，重复性好。
利用被动并联机构带动和调整牙模位置，即手动推动被动并联机构动作，进而带动下牙模101运动，可以实现上下牙模的快速对正。利用主动并联机构实现模拟牙模咬合过程。这样代替患者牙齿做手术方案分析。通过观察和调整不同牙模位置，来得到最理想的解决方案，做出最终的手术方案和手术方法。
利用这种方法不但可以反复验证设计的正确性，还可以生成新颌板辅助手术。

Claims (9)

1.一种用于错位咬合正畸的颌板制作装置，其特征在于：它包括基础框架(1)、主动并联机构(2)及被动并联机构(3)，所述主动并联机构(2)包括主动并联安装基座(21)、主动并联移动盘(22)及第一位置调节组件(23)，其中所述第一位置调节组件(23)通过主动并联安装基座(21)固定安装在基础框架(1)的上部，所述主动并联移动盘(22)固装在第一位置调节组件(23)的底端且通过第一位置调节组件(23)实现六个自由度运动，所述被动并联机构(3)包括被动并联安装基座(31)、被动并联移动盘(32)及第二位置调节组件(33)，其中所述第二位置调节组件(33)通过被动并联安装基座(31)固定安装在基础框架(1)的下部且位于主动并联移动盘(22)的下方，所述被动并联移动盘(32)固装在第二位置调节组件(33)的顶端且通过第二位置调节组件(33)实现六个自由度运动；
第二位置调节组件(33)包括六个气缸组件(331)，每个气缸组件(331)的顶部均通过球头轴承(332)转动连接在被动并联移动盘(32)的下表面，每个气缸组件(331)的底部均通过虎克铰(333)转动连接在被动并联安装基座(31)的上表面，每个气缸组件(331)的缸体上均安装有抱紧锁(334)，通过抱紧锁(334)上的锁紧螺钉(335)实现对气缸组件(331)中伸缩杆的抱死。
2.根据权利要求1所述的一种用于错位咬合正畸的颌板制作装置，其特征在于：第一位置调节组件(23)及第二位置调节组件(33)均为六自由度并联机构平台。
3.根据权利要求2所述的一种用于错位咬合正畸的颌板制作装置，其特征在于：基础框架(1)的内部布置有电气箱(4)，第一位置调节组件(23)与电气箱(4)电连接，且基础框架(1)的外部安装有操作显示屏(5)，通过操作显示屏(5)及电气箱(4)控制第一位置调节组件(23)的动作。
4.根据权利要求3所述的一种用于错位咬合正畸的颌板制作装置，其特征在于：所述第一位置调节组件(23)包括六个直线驱动模组(232)及六个球头连杆组件(231)，其中六个直线驱动模组(232)均竖直布置且沿水平方向呈环形均布，六个球头连杆组件(231)的上端一一对应与六个直线驱动模组(232)的滑块转动连接，六个球头连杆组件(231)的下端同时与主动并联移动盘(22)的上表面转动连接。
5.根据权利要求1所述的一种用于错位咬合正畸的颌板制作装置，其特征在于：每个气缸的缸体上均固定安装有固定连接件(336)，抱紧锁(334)通过固定连接件(336)固定安装抱紧锁(334)。
6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的一种用于错位咬合正畸的颌板制作装置，其特征在于：被动并联移动盘(32)的上表面相对固装有两个推动把手(34)。
7.根据权利要求6所述的一种用于错位咬合正畸的颌板制作装置，其特征在于：主动并联移动盘(22)的下表面以及被动并联移动盘(32)的上表面分别固装有磁力扣和止口，上牙模与下牙模分别对应安装在主动并联移动盘(22)的下表面及被动并联移动盘(32)的上表面。
8.根据权利要求3或4所述的一种用于错位咬合正畸的颌板制作装置，其特征在于：基础框架(1)的上部罩设有上盖(6)，所述电气箱(4)及主动并联机构(2)的上部均罩设在上盖(6)内，第二位置调节组件(33)的外部罩设有软罩(7)。
9.一种采用上述权利要求1～8中任一权利要求所述的用于错位咬合正畸的颌板制作装置的制作方法，其特征在于：它包括如下步骤：
步骤一、通过CT拍片技术扫描病人上、下牙体，得到患者牙齿位置相关参数，制作原始咬合颌板；
步骤二、采用3D打印病人上、下牙模；
步骤三、将上牙模固定在主动并联移动盘上，将下牙模固定在被动并联移动盘上，控制主动并联机构停在零位，手动推动被动并联机构，带动和调整上、下牙模之间的相对位置，将上牙模、原始咬合颌板、下牙模咬合，形成病人原始牙齿结构，此时将被动并联装置锁定；
步骤四、驱动主动并联机构，模拟病人实际咬合情况，确定主动并联机构运动轨迹；
步骤五、放入新的颌板，控制主动并联机构到达手术设计的修型位姿，并控制主动并联机构按病人关节位置，多次咬合新颌板，实现咬合过程，验证手术设计的合理性，同时产生的颌板供临床手术使用。
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