CN111772852A - 一种牙科机器人及口腔导航方法 - Google Patents

一种牙科机器人及口腔导航方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111772852A
CN111772852A CN202010693115.9A CN202010693115A CN111772852A CN 111772852 A CN111772852 A CN 111772852A CN 202010693115 A CN202010693115 A CN 202010693115A CN 111772852 A CN111772852 A CN 111772852A
Authority
CN
China
Prior art keywords
coordinate system
dimensional image
surgical instrument
dental
robot
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010693115.9A
Other languages
English (en)
Inventor
王利峰
沈晨
孙贝
刘洪澎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yake Wisdom Beijing Technology Co ltd
Original Assignee
Yake Wisdom Beijing Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yake Wisdom Beijing Technology Co ltd filed Critical Yake Wisdom Beijing Technology Co ltd
Priority to CN202010693115.9A priority Critical patent/CN111772852A/zh
Publication of CN111772852A publication Critical patent/CN111772852A/zh
Priority to EP21184459.2A priority patent/EP3939538A1/en
Priority to KR1020210093383A priority patent/KR102601195B1/ko
Priority to US17/378,194 priority patent/US20220015836A1/en
Priority to JP2021118002A priority patent/JP2022019688A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61C—DENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C19/00—Dental auxiliary appliances
    • A61C19/06—Implements for therapeutic treatment
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/24—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets for use in the oral cavity, larynx, bronchial passages or nose; Tongue scrapers
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/70—Manipulators specially adapted for use in surgery
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/70—Manipulators specially adapted for use in surgery
    • A61B34/76—Manipulators having means for providing feel, e.g. force or tactile feedback
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/06—Measuring instruments not otherwise provided for
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/39—Markers, e.g. radio-opaque or breast lesions markers
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/50—Supports for surgical instruments, e.g. articulated arms
    • A61B90/57—Accessory clamps
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/60—Supports for surgeons, e.g. chairs or hand supports
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61C—DENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C1/00—Dental machines for boring or cutting ; General features of dental machines or apparatus, e.g. hand-piece design
    • A61C1/0007—Control devices or systems
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61G—TRANSPORT, PERSONAL CONVEYANCES, OR ACCOMMODATION SPECIALLY ADAPTED FOR PATIENTS OR DISABLED PERSONS; OPERATING TABLES OR CHAIRS; CHAIRS FOR DENTISTRY; FUNERAL DEVICES
    • A61G15/00—Operating chairs; Dental chairs; Accessories specially adapted therefor, e.g. work stands
    • A61G15/10—Parts, details or accessories
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61G—TRANSPORT, PERSONAL CONVEYANCES, OR ACCOMMODATION SPECIALLY ADAPTED FOR PATIENTS OR DISABLED PERSONS; OPERATING TABLES OR CHAIRS; CHAIRS FOR DENTISTRY; FUNERAL DEVICES
    • A61G15/00—Operating chairs; Dental chairs; Accessories specially adapted therefor, e.g. work stands
    • A61G15/10—Parts, details or accessories
    • A61G15/12—Rests specially adapted therefor, e.g. for the head or feet
    • A61G15/125—Head-rests
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61G—TRANSPORT, PERSONAL CONVEYANCES, OR ACCOMMODATION SPECIALLY ADAPTED FOR PATIENTS OR DISABLED PERSONS; OPERATING TABLES OR CHAIRS; CHAIRS FOR DENTISTRY; FUNERAL DEVICES
    • A61G15/00—Operating chairs; Dental chairs; Accessories specially adapted therefor, e.g. work stands
    • A61G15/14—Dental work stands; Accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00—Controls for manipulators
    • B25J13/08—Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/02—Programme-controlled manipulators characterised by movement of the arms, e.g. cartesian coordinate type
    • B25J9/04—Programme-controlled manipulators characterised by movement of the arms, e.g. cartesian coordinate type by rotating at least one arm, excluding the head movement itself, e.g. cylindrical coordinate type or polar coordinate type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/06—Programme-controlled manipulators characterised by multi-articulated arms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1656—Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators
    • B25J9/1664—Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators characterised by motion, path, trajectory planning
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2046—Tracking techniques
    • A61B2034/2055—Optical tracking systems
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2046—Tracking techniques
    • A61B2034/2059—Mechanical position encoders
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2068—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis using pointers, e.g. pointers having reference marks for determining coordinates of body points
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2072—Reference field transducer attached to an instrument or patient
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • A61B2034/302—Surgical robots specifically adapted for manipulations within body cavities, e.g. within abdominal or thoracic cavities
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • A61B2034/305—Details of wrist mechanisms at distal ends of robotic arms
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/06—Measuring instruments not otherwise provided for
    • A61B2090/067—Measuring instruments not otherwise provided for for measuring angles
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/39—Markers, e.g. radio-opaque or breast lesions markers
    • A61B2090/3937—Visible markers
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/50—Supports for surgical instruments, e.g. articulated arms
    • A61B90/57—Accessory clamps
    • A61B2090/571—Accessory clamps for clamping a support arm to a bed or other supports
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/10—Computer-aided planning, simulation or modelling of surgical operations

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Dentistry (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Otolaryngology (AREA)
  • Pulmonology (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Dental Tools And Instruments Or Auxiliary Dental Instruments (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

本发明实施例提供一种牙科机器人及口腔导航方法，其中，牙科机器人包括串联定位臂；所述串联定位臂包括基座、若干个定位臂和夹套，所述夹套用于夹持手术器械；所述基座、若干个定位臂和夹套通过旋转关节顺次串联；每一旋转关节处均安装有关节角度测量装置。本发明提供的牙科机器人及口腔导航方法，通过串联定位臂的轻量化，减小了牙科机器人系统的体积和重量，提高了牙科机器人在手术操作中的实用性。

Description

一种牙科机器人及口腔导航方法
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种牙科机器人及口腔导航方法。
背景技术
随着导航技术与机器人技术在口腔颌面外科手术中的应用，口腔手术数字化程度得到了很大的提高。基于机器人辅助的口腔导航系统能够为口腔医生提供强大的帮助，从而提高手术精度，降低手术操作难度，保障手术安全性。
现有技术中，牙科手术机器人系统通常采用通用型的工业机械臂，导致整个系统体积和重量较大，成本高昂，实用性较差。
发明内容
本发明实施例提供一种牙科机器人及口腔导航方法，用以解决现有的牙科手术机器人系统体积和重量较大，实用性较差的问题。
第一方面，本发明实施例提供一种牙科机器人，包括串联定位臂；
所述串联定位臂包括基座、若干个定位臂和夹套，所述夹套用于夹持手术器械；
所述基座、若干个定位臂和夹套通过旋转关节顺次串联；
每一旋转关节处均安装有关节角度测量装置。
可选地，所述关节角度测量装置为绝对编码器。
可选地，所述定位臂为中空结构。
可选地，所述每一旋转关节处均安装有伺服力矩电机。
可选地，还包括牙科治疗椅；
所述牙科治疗椅的头部靠枕两侧的头部夹持装置为齿轮齿条锁紧结构；
所述串联定位臂通过所述基座固定安装在所述牙科治疗椅的设备基台上。
第二方面，本发明实施例提供一种基于第一方面所述的牙科机器人的口腔导航方法，包括：
基于串联定位臂中各个关节角度测量装置测量得到的关节角度，确定所述串联定位臂顶端的夹套夹持的手术器械在牙科机器人坐标系下的坐标位置；
将所述手术器械在牙科机器人坐标系下的坐标位置转换为三维图像坐标系下的坐标位置；
基于所述手术器械在所述三维图像坐标系下的坐标位置，以及所述三维图像坐标系下的预设手术路径，进行口腔导航。
可选地，所述将所述手术器械在牙科机器人坐标系下的坐标位置转换为三维图像坐标系下的坐标位置，包括：
基于空间映射关系，将所述手术器械在牙科机器人坐标系下的坐标位置转换为三维图像坐标系下的坐标位置；
所述空间映射关系是基于三维图像中的预设特征点在所述牙科机器人坐标系下的坐标位置确定的。
可选地，所述基于所述手术器械在所述三维图像坐标系下的坐标位置，以及所述三维图像坐标系下的预设手术路径，进行口腔导航，之后还包括：
基于所述手术器械在三维图像中的预设作业区域，以及所述手术器械在所述三维图像坐标系下的坐标位置，确定所述串联定位臂的接触刚度；
基于所述串联定位臂的接触刚度，调整所述串联定位臂中每一旋转关节处伺服力矩电机的输出力矩。
可选地，所述基于所述手术器械在所述三维图像坐标系下的坐标位置，以及所述三维图像坐标系下的预设手术路径，进行口腔导航，之前还包括：
基于分别设置在待手术区域和所述手术器械上的视觉标记的位置，确定所述待手术区域和所述手术器械的相对位置；
将所述相对位置转换到三维坐标系下，得到三维相对位置；
基于所述手术器械在所述三维图像坐标系下的坐标位置，以及所述三维相对位置，调整所述三维图像坐标系下的待手术区域的坐标位置。
可选地，所述待手术区域的视觉标记通过口腔导板装设，所述口腔导板是基于所述待手术区域的牙列的三维曲面确定的。
本发明实施例提供的牙科机器人及口腔导航方法，包括串联定位臂，串联定位臂中基座、若干个定位臂和夹套通过旋转关节顺次串联，每一旋转关节处均安装有关节角度测量装置，通过串联定位臂的轻量化，减小了牙科机器人系统的体积和重量，提高了牙科机器人在手术操作中的实用性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的牙科机器人的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的头部夹持装置的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的牙科机器人系统的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的口腔导航方法的流程示意图；
图5为本发明实施例提供的患者追踪装置的结构示意图；
附图标记说明：
100—基座； 110—定位臂一； 120—定位臂二；
101—旋转关节一； 102—旋转关节二； 103—旋转关节三；
130—夹套； 201—齿轮； 211—齿条一；
212—齿条二； 221—头托一； 222—头托二；
301—串联定位臂； 302—牙科治疗椅； 303—视觉导航仪；
304—手术器械； 501—口腔导板； 502—连接杆；
503—视觉标记。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例提供的牙科机器人的结构示意图，如图1所示，该牙科机器人包括串联定位臂；串联定位臂包括基座100、定位臂一110、定位臂二120和夹套130，夹套130用于夹持手术器械；基座100、定位臂一110、定位臂二120和夹套130通过旋转关节一101、旋转关节二102和旋转关节三103顺次串联；每一旋转关节处均安装有关节角度测量装置。
需要说明的是，本发明实施例以定位臂数量为2的情形进行说明，该实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明实施例对于定位臂的数量不作具体限定。
具体地，基座100、定位臂一110、定位臂二120和夹套130采用旋转关节串联而成。夹套130用于夹持手术器械。该串联定位臂具有至少6个自由度，可以用来在工作空间内对手术器械进行定位和姿态调整。为了使该牙科机器人的串联定位臂在拖拽使用或者躲避障碍物时更加灵活，还可以灵活调整串联定位臂的数量，使得串联定位臂具有冗余自由度的结构。
现有的口腔手术机器人系统采用通用型工业机械臂，机械臂之间采用电机控制，使得手术机器人体积和重量庞大。在使用手术机器人时，需要口腔医生学习工业机械臂的使用方法和操作方法，增加了口腔医生的学习成本。此外，不同于工业上标准化的生产方式，口腔手术需要医生针对每一位患者的具体情况制定不同的手术方案，在手术操作过程中，还需要医生根据每一位患者的实时反馈对手术方案进行调整。因此，现有的口腔手术机器人系统在手术操作中的实用性差，使用效率不高。
本发明实施例提供的牙科机器人在串联定位臂每一旋转关节处安装关节角度测量装置，通过关节角度测量实现了手术器械的精确定位，取代了电机控制，减少了电机控制相关的电子设备在牙科机器人中的应用，实现了牙科机器人的轻量化，并且采用了拖拽的操作方式，方便口腔医生进行灵活操作，更符合口腔医生的使用习惯，不会给口腔医生带来任何学习成本。
本发明实施例提供的牙科机器人，包括串联定位臂，串联定位臂中基座、若干个定位臂和夹套通过旋转关节顺次串联，每一旋转关节处均安装有关节角度测量装置，通过串联定位臂的轻量化，减小了牙科机器人系统的体积和重量，提高了牙科机器人在手术操作中的实用性。
基于上述实施例，关节角度测量装置为绝对编码器。
具体地，关节角度测量装置为绝对编码器，例如，可以采用光电式绝对编码器来测量关节角度。相对编码器需要根据相对零点才能确定实际的测量值，而绝对编码器的结构特性决定了每一个测量值的唯一性，不需要参考零点。
本发明实施例采用了绝对编码器，避免了在使用过程中对零点进行标定，从而简化了串联定位臂的使用方法。
基于上述任一实施例，定位臂为中空结构。
具体地，定位臂本体可以采用内部中空的结构，减低本体重量，提高操作的灵活度。内部中空的结构还可以容纳牙科机器人系统内部电气连接线，减小了牙科机器人的体积。
基于上述任一实施例，定位臂的制作材料为工程塑料、铝合金和碳纤维中的至少一种。
具体地，定位臂可以采用工程塑料、铝合金或碳纤维等高强度的轻量化材料制作，降低本体重量。
基于上述任一实施例，每一旋转关节处均安装有伺服力矩电机。
具体地，每一旋转关节处均安装有小型伺服力矩电机。根据机器人动力学模型可以计算出每个旋转关节处的重力矩，通过伺服力矩电机提供的转矩抵消掉重力矩，使得拖拽串联定位臂更加灵活和方便。
基于上述任一实施例，还包括牙科治疗椅；
牙科治疗椅的头部靠枕两侧的头部夹持装置为齿轮齿条锁紧结构；串联定位臂通过基座固定安装在牙科治疗椅的设备基台上。
具体地，牙科机器人还包括牙科治疗椅。为了更好地固定患者的头部，牙科治疗椅的头部靠枕两侧的头部夹持装置为齿轮齿条锁紧结构。图2为本发明实施例提供的头部夹持装置的结构示意图，如图2所示，该头部夹持装置包括齿轮201、齿条一211、齿条二212、头托一221和头托二222。可以通过旋钮转动齿轮201，从而带动齿条一211和齿条二212相向运动，调整头托一221和头托二222之间的距离大小，实现固定患者头部的作用。
串联定位臂通过基座固定安装在牙科治疗椅的设备基台上，方便拖拽至患者口腔中的待手术区域。
基于上述任一实施例，还包括视觉导航仪；
视觉导航仪通过支撑臂固定安装在牙科治疗椅的设备基台上。
具体地，视觉导航仪可以实时追踪待手术区域和手术器械上的视觉标记，并实时检测其空间位置，引导完成牙科手术操作。
基于上述任一实施例，图3为本发明实施例提供的牙科机器人系统的结构示意图，如图3所示，牙科机器人系统包括串联定位臂301、牙科治疗椅302、视觉导航仪303和手术器械304。
具体地，在使用时，患者平躺于牙科治疗椅，口腔医生拖拽串联定位臂301，使用串联定位臂301末端夹套夹持的手术器械304进行口腔手术。当患者头部移动时，口腔医生也可以通过视觉导航仪303来追踪待手术区域和手术器械上的视觉标记，从而完成口腔手术。
基于上述任一实施例，图4为本发明实施例提供的口腔导航方法的流程示意图，如图4所示，该方法包括：
步骤410，基于串联定位臂中各个关节角度测量装置测量得到的关节角度，确定串联定位臂顶端的夹套夹持的手术器械在牙科机器人坐标系下的坐标位置；
具体地，根据牙科机器人的结构参数建立牙科机器人坐标系，坐标系的原点可以选取串联定位臂的基座，本发明实施例对于牙科机器人坐标系的原点的选取不作具体限定。
根据串联定位臂中各个关节角度测量装置测量得到的关节角度，采用机器人运动学中的D-H(Denavit Hartenberg)方法可以实时计算出串联定位臂顶端夹套的位置。因此，拖拽串联定位臂在其工作空间内进行手术操作时可以准确地确定夹套的位置。
手术器械具体可以是牙科医用器械，例如牙科种植手机、修复手机等。夹套可以夹持不同的手术器械进行口腔手术。手术器械经过位置和姿态标定后并安装到串联定位臂的夹套上，根据手术器械相对于串联定位臂夹套的标定参数，可以确定手术器械在牙科机器人坐标系下的坐标位置。
步骤420，将手术器械在牙科机器人坐标系下的坐标位置转换为三维图像坐标系下的坐标位置；
具体地，三维图像可以是利用CBCT(Cone Beam Computed Tomography，X线断层摄影术)技术得到的患者口腔三维图像，又称锥形束CT。可以根据患者口腔三维图像建立三维图像坐标系。
根据牙科机器人坐标系与三维图像坐标系之间的空间映射关系，可以将手术器械在牙科机器人坐标系下的坐标位置转换为三维图像坐标系下的坐标位置。空间映射关系可以是预先标定好的。
步骤430，基于手术器械在三维图像坐标系下的坐标位置，以及三维图像坐标系下的预设手术路径，进行口腔导航。
具体地，预设手术路径为在三维图像坐标系中，对手术操作进行提前规划，确定手术器械在三维图像坐标系下的运动路径。
进行口腔手术时，拖拽串联定位臂，将手术器械在三维图像坐标系下的坐标位置与三维图像坐标系下的预设手术路径进行匹配，得到手术器械的实时位置误差，从而引导口腔医生完成口腔手术操作。
本发明实施例提供的口腔导航方法，将手术器械在牙科机器人坐标系下的坐标位置转换为三维图像坐标系下的坐标位置，与三维图像坐标系下的预设手术路径进行匹配，实现了在口腔手术过程中对手术器械的运动路径进行定位，引导了口腔医生进行手术操作，降低了手术操作难度，保障了手术的安全性，并且该口腔导航方法不存在使用光学导航仪器带来的视觉遮挡等问题。
基于上述任一实施例，步骤420包括：
基于空间映射关系，将手术器械在牙科机器人坐标系下的坐标位置转换为三维图像坐标系下的坐标位置；
空间映射关系是基于三维图像中的预设特征点在牙科机器人坐标系下的坐标位置确定的。
具体地，空间映射关系为牙科机器人坐标系与三维图像坐标系中坐标点的位置转换关系，可以通过三维图像中的预设特征点在牙科机器人坐标系下的坐标位置确定。
预设特征点为预先设置的定位点，在三维图像中的坐标位置已通过标记确定。预设特征点的数量至少为3个。拖拽串联定位臂，并用手术器械的尖端部位或者安装的标定探针去触碰患者牙齿上与三维图像中预设特征点的位置一一对应的部位，获取每一预设特征点在牙科机器人坐标系下的坐标位置。根据预设特征点分别在牙科机器人坐标系和三维图像坐标系下的坐标位置进行映射配准，得到空间映射关系。
映射配准的算法可以采用ICP算法(迭代最近点算法)来进行，本发明实施例对于配准算法的选取不作具体限定。
基于上述任一实施例，步骤430之后还包括：
基于手术器械在三维图像中的预设作业区域，以及手术器械在三维图像坐标系下的坐标位置，确定串联定位臂的接触刚度；
基于串联定位臂的接触刚度，调整串联定位臂中每一旋转关节处伺服力矩电机的输出力矩。
具体地，对于口腔手术，可以预先在三维图像中的规划手术作业区域，即预设作业区域。例如对于磨牙修复手术，可以预先在三维图像中规划好磨削区域和非磨削区域。
拖拽手术器械进行手术时，根据手术器械在三维图像坐标系下的坐标位置，判断手术器械与预设作业区域的位置关系，确定串联定位臂的接触刚度。接触刚度为拖拽串联定位臂时串联定位臂的灵敏程度。例如，当手术器械位于磨削区域时，接触刚度为零，可以自由拖拽；当手术器械接近非磨削区域时，接触刚度不为零，且随着接近非磨削区域的距离减小而增大，需要施加一定的力量才能拖拽。
根据串联定位臂的接触刚度，调整串联定位臂中每一旋转关节处伺服力矩电机的输出力矩，使得口腔医生在拖拽串联定位臂时获得力感上得反馈，从而提高手术精度和操作安全性，避免伤及健康组织。
调整伺服力矩电机的输出力矩，可以根据提前预设的接触刚度、阻尼等参数计算出拖拽时每个伺服力矩电机应该输出的力矩，使得串联定位臂动态改变灵敏程度，给予口腔医生不同的力感反馈。
本发明实施例提供的口腔导航方法，根据手术器械在三维图像中的预设作业区域，以及手术器械在三维图像坐标系下的坐标位置，调整每一旋转关节处伺服力矩电机的输出力矩，给予口腔医生不同的力感反馈，提供了口腔手术操作的安全性。
基于上述任一实施例，步骤430之前还包括：
基于分别设置在待手术区域和手术器械上的视觉标记的位置，确定待手术区域和手术器械的相对位置；
将相对位置转换到三维坐标系下，得到三维相对位置；
基于手术器械在三维图像坐标系下的坐标位置，以及三维相对位置，调整三维图像坐标系下的待手术区域的坐标位置。
具体地，对于某些精度对手术效果影响很大的操作，例如种植牙手术，即使通过夹紧装置来固定患者头部及颌骨，也可能发生微小的位置变换，而且长时间的夹紧固定也会造成患者的不适。可以通过在患者口腔中待手术区域和手术器械上分别设置视觉标记，通过视觉导航仪来追踪视野范围内的视觉标记，并实时检测待手术区域和手术器械上的视觉标记的位置。
根据分别设置在待手术区域和手术器械上的视觉标记的位置，确定待手术区域和手术器械的相对位置，将相对位置转换到三维坐标系下，得到三维相对位置。
根据手术器械在三维图像坐标系下的坐标位置，以及三维相对位置，调整三维图像坐标系下的待手术区域的坐标位置，使得调整后的待手术区域能够适应患者头部及颌骨产生的位置变动，从而继续引导口腔医生完成口腔手术操作。
本发明实施例提供的口腔导航方法，通过视觉导航仪追踪分别设置在待手术区域和手术器械上的视觉标记，对三维图像坐标系下的待手术区域的坐标位置进行实时调整，从而提高了口腔手术操作的精度。
基于上述任一实施例，待手术区域的视觉标记通过口腔导板装设，口腔导板是基于待手术区域的牙列的三维曲面确定的。
具体地，为了在患者头部发生移动的情况下仍能精准实施手术操作，可以在患者颌骨上安装患者追踪装置。
图5为本发明实施例提供的患者追踪装置的结构示意图，如图5所示，该患者追踪装置包括口腔导板501、连接杆502和待手术区域的视觉标记503。视觉标记503通过连接杆502连接到口腔导板501上。患者追踪装置可采用3D打印等方式快速制作而成。
口腔导板501是根据患者口腔中待手术区域的牙列的三维曲面确定的，可安装并严格贴合患者的牙列。口腔手术中患者牙列佩戴上该装置后，即可通过视觉导航仪器来实时检测患者颌骨的位置。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干命令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种牙科机器人，其特征在于，包括串联定位臂；
所述串联定位臂包括基座、若干个定位臂和夹套，所述夹套用于夹持手术器械；
所述基座、若干个定位臂和夹套通过旋转关节顺次串联；
每一旋转关节处均安装有关节角度测量装置。
2.根据权利要求1所述的牙科机器人，其特征在于，所述关节角度测量装置为绝对编码器。
3.根据权利要求1所述的牙科机器人，其特征在于，所述定位臂为中空结构。
4.根据权利要求1所述的牙科机器人，其特征在于，所述每一旋转关节处均安装有伺服力矩电机。
5.根据权利要求1所述的牙科机器人，其特征在于，还包括牙科治疗椅；
所述牙科治疗椅的头部靠枕两侧的头部夹持装置为齿轮齿条锁紧结构；
所述串联定位臂通过所述基座固定安装在所述牙科治疗椅的设备基台上。
6.一种基于权利要求1至5任一项所述的牙科机器人的口腔导航方法，其特征在于，包括：
基于串联定位臂中各个关节角度测量装置测量得到的关节角度，确定所述串联定位臂顶端的夹套夹持的手术器械在牙科机器人坐标系下的坐标位置；
将所述手术器械在牙科机器人坐标系下的坐标位置转换为三维图像坐标系下的坐标位置；
基于所述手术器械在所述三维图像坐标系下的坐标位置，以及所述三维图像坐标系下的预设手术路径，进行口腔导航。
7.根据权利要求6所述的口腔导航方法，其特征在于，所述将所述手术器械在牙科机器人坐标系下的坐标位置转换为三维图像坐标系下的坐标位置，包括：
基于空间映射关系，将所述手术器械在牙科机器人坐标系下的坐标位置转换为三维图像坐标系下的坐标位置；
所述空间映射关系是基于三维图像中的预设特征点在所述牙科机器人坐标系下的坐标位置确定的。
8.根据权利要求6所述的口腔导航方法，其特征在于，所述基于所述手术器械在所述三维图像坐标系下的坐标位置，以及所述三维图像坐标系下的预设手术路径，进行口腔导航，之后还包括：
基于所述手术器械在三维图像中的预设作业区域，以及所述手术器械在所述三维图像坐标系下的坐标位置，确定所述串联定位臂的接触刚度；
基于所述串联定位臂的接触刚度，调整所述串联定位臂中每一旋转关节处伺服力矩电机的输出力矩。
9.根据权利要求6所述的口腔导航方法，其特征在于，所述基于所述手术器械在所述三维图像坐标系下的坐标位置，以及所述三维图像坐标系下的预设手术路径，进行口腔导航，之前还包括：
基于分别设置在待手术区域和所述手术器械上的视觉标记的位置，确定所述待手术区域和所述手术器械的相对位置；
将所述相对位置转换到三维坐标系下，得到三维相对位置；
基于所述手术器械在所述三维图像坐标系下的坐标位置，以及所述三维相对位置，调整所述三维图像坐标系下的待手术区域的坐标位置。
10.根据权利要求9所述的口腔导航方法，其特征在于，所述待手术区域的视觉标记通过口腔导板装设，所述口腔导板是基于所述待手术区域的牙列的三维曲面确定的。
CN202010693115.9A 2020-07-17 2020-07-17 一种牙科机器人及口腔导航方法 Pending CN111772852A (zh)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010693115.9A CN111772852A (zh) 2020-07-17 2020-07-17 一种牙科机器人及口腔导航方法
EP21184459.2A EP3939538A1 (en) 2020-07-17 2021-07-08 Dental robot and oral navigation method
KR1020210093383A KR102601195B1 (ko) 2020-07-17 2021-07-16 치과 로봇 및 구강 내비게이션 방법
US17/378,194 US20220015836A1 (en) 2020-07-17 2021-07-16 Dental robot and oral navigation method
JP2021118002A JP2022019688A (ja) 2020-07-17 2021-07-16 歯科ロボットおよび口腔ナビゲーション方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010693115.9A CN111772852A (zh) 2020-07-17 2020-07-17 一种牙科机器人及口腔导航方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111772852A true CN111772852A (zh) 2020-10-16

Family

ID=72763408

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010693115.9A Pending CN111772852A (zh) 2020-07-17 2020-07-17 一种牙科机器人及口腔导航方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20220015836A1 (zh)
EP (1) EP3939538A1 (zh)
JP (1) JP2022019688A (zh)
KR (1) KR102601195B1 (zh)
CN (1) CN111772852A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112790885A (zh) * 2021-01-26 2021-05-14 雅客智慧（北京）科技有限公司 牙体预备系统
CN114869466A (zh) * 2022-07-07 2022-08-09 江苏工大协同医疗机器人有限公司 一种经口入路人机协同手术机器人系统

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114617636B (zh) * 2022-05-11 2022-09-02 杭州键嘉机器人有限公司 确定口腔u型槽夹具和医学影像坐标系转换关系的方法
CN115568946B (zh) * 2022-10-20 2023-04-07 北京大学 用于口腔咽喉部手术的轻量级导航定位系统、方法及介质

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08224243A (ja) * 1995-02-22 1996-09-03 Olympus Optical Co Ltd 医療用マニピュレータ
EP3705242A1 (en) * 2011-10-21 2020-09-09 Intuitive Surgical Operations, Inc. Grip force control for robotic surgical instrument end effector
KR101373066B1 (ko) 2012-05-02 2014-03-11 조선대학교산학협력단 치과 임플란트 시술 로봇 시스템 및 이를 이용한 임플란트 시술 방법
US9675419B2 (en) * 2013-08-21 2017-06-13 Brachium, Inc. System and method for automating medical procedures
WO2016093984A1 (en) * 2014-12-09 2016-06-16 Biomet 3I, Llc Robotic device for dental surgery
JP6350413B2 (ja) * 2015-06-26 2018-07-04 株式会社デンソー 医療行為支援装置
JP2017023339A (ja) * 2015-07-21 2017-02-02 株式会社デンソー 医療行為支援装置
CN206228567U (zh) * 2016-07-21 2017-06-09 浙江工业职业技术学院 一种具有夹紧功能的口腔综合治疗椅
US11259894B2 (en) * 2016-09-19 2022-03-01 Neocis, Inc. Tracking and guidance arrangement for a surgical robot system and related method
US11071594B2 (en) * 2017-03-16 2021-07-27 KB Medical SA Robotic navigation of robotic surgical systems
CN111407443A (zh) * 2020-02-25 2020-07-14 浙江工业大学 一种用于口腔种植机器人的精确定位及智能导航方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112790885A (zh) * 2021-01-26 2021-05-14 雅客智慧（北京）科技有限公司 牙体预备系统
CN112790885B (zh) * 2021-01-26 2022-04-12 雅客智慧（北京）科技有限公司 牙体预备系统
CN114869466A (zh) * 2022-07-07 2022-08-09 江苏工大协同医疗机器人有限公司 一种经口入路人机协同手术机器人系统

Also Published As

Publication number Publication date
US20220015836A1 (en) 2022-01-20
KR102601195B1 (ko) 2023-11-13
KR20220010702A (ko) 2022-01-26
JP2022019688A (ja) 2022-01-27
EP3939538A1 (en) 2022-01-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111772852A (zh) 一种牙科机器人及口腔导航方法
WO2022126827A9 (zh) 关于置换手术机器人导航定位系统及方法
JP6367905B2 (ja) 定位手術用の手術ロボットシステム及び定位手術用ロボットの制御方法
KR101861176B1 (ko) 정위수술용 수술로봇 및 정위수술용 수술로봇의 제어방법
US8908023B2 (en) Method and device for the recording of body movements
CN107405180B (zh) 用于外科手术机器人系统的交互式引导和操纵检测安排、以及相关联方法
EP3515353B1 (en) Tracking and guidance arrangement for a surgical robot system and related method
US20130209953A1 (en) System and method for guiding dental treatment tools
EP2123223B1 (en) Method and Apparatus for Simplified Patient Positioning in Dental Tomographic X-Ray Imaging
US20060281991A1 (en) Fiducial marker holder system for surgery
US20040015176A1 (en) Stereotactic localizer system with dental impression
CN113633408A (zh) 一种光学导航的牙种植机器人系统及其标定方法
CN112043382A (zh) 一种外科手术导航系统及其使用方法
US20100137881A1 (en) Arrangement for Planning and Carrying Out a Surgical Procedure
CN111096795B (zh) 用于机器人的释放模式
JP7291170B2 (ja) ピンガイドドライバをナビゲートするためのシステムおよび方法
CN113855287B (zh) 一种带评估种植精度的口腔种植手术机器人及控制方法
KR20100116758A (ko) 표준화된 가이드 스탠트와 이를 이용한 임플란트 시스템 및 그 제어방법
CN109199614B (zh) 用于机器人种植牙手术过程中导航定位和下颌骨固定的颌骨定位固定装置
CN212346790U (zh) 一种牙科机器人
KR101895369B1 (ko) 정위수술용 수술로봇 시스템
US11318004B2 (en) Dental device designed to measure dental arch parameters, and develop an algorithm and method for determining ideal positions of dental implants in edentulous patients
WO2004075716A2 (en) A stereotactic localizer system with dental impression
KR20180100514A (ko) 정위수술용 수술로봇 시스템
CN113945589B (zh) 一种带防脱落检测的口腔种植手术机器人及控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination