CN114948213A - 自动牙科治疗系统 - Google Patents

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罗伯特·约瑟夫·奇列洛
詹姆斯·亚历山大·法韦尔
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Abstract

一种用于执行牙科外科手术的装置，其包括控制该装置的自动操作的中央处理单元和渲染需要外科手术介入的目标牙齿的图像的显示器。目标牙齿的图像根据从中央处理单元接收的图像文件来创建。输入设备从用户接收外科手术指令以提供外科手术介入。该指令被提供给中央处理单元以进行处理。外科手术指令包括在待治疗的目标牙齿的图像上的视觉指示。包括末端执行器的机械臂与中央处理单元进行通信。中央处理单元控制机械臂来移除目标牙齿的区域。系统还在单独的研磨室中同时研磨最终的牙齿修复体。

Description

自动牙科治疗系统
本申请是申请日为2017年01月26日、申请号为201780008434.8、发明名称为“自动牙科治疗系统”的中国专利申请(其对应PCT申请的申请日为2017年01月26日、申请号为PCT/IB2017/000109)的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年1月26日提交的美国临时专利申请号62/287,212的优先权，其内容通过引用全部并入在此。
技术领域
在至少一个方面中，本发明涉及用于治疗牙科疾病的机器人控制系统。
背景技术
尽管近年来已经在治疗特定牙科疾病方面取得了进展，但牙科治疗的实际递送仍然是手动密集的过程。因此，需要用于牙科治疗自动化的方法。
发明内容
本发明通过在至少一个实施例中提供对于对象进行牙科手术的装置来解决现有技术的一个或多个问题。该装置包括控制该装置的自动操作的中央处理单元和渲染需要外科手术介入的目标牙齿的图像的显示器。目标牙齿的图像根据从所述中央处理单元接收的图像文件来创建。输入设备从用户接收外科手术指令以提供外科手术介入。将指令提供给中央处理单元以进行处理。外科手术指令包括在待治疗的目标牙齿的图像上的视觉指示。包括末端执行器的机械臂与中央处理单元进行通信。中央处理单元控制机械臂以移除目标牙齿的区域。
附图说明
图1是牙科治疗系统的示意图；
图2是图1的牙科治疗系统中使用的机械臂的示意图；
图3是图1的牙科治疗系统中使用的被动定位编码器臂的示意图；
图4是图1的牙科治疗系统中使用的改性橡胶障夹具的示意图；
图5是图1的牙科治疗系统中使用的工具更换器的示意图；
图6是图1的牙科治疗系统中使用的头枕的示意图；
图7提供对象的上牙弓和下牙弓中的所有牙齿的象形图；
图8示出用户界面，其显示注册到从3d扫描系统获取的牙齿的3D网格表示的射线照片；
图9显示用于根据3个用户点击来参数化地生成工具路径的用户界面，点击1-待预备的牙齿的外表面的位置，点击2-准备边缘宽度，点击3捕获锥度和咬合减少。当用户选择待预备的牙齿和修复材料时，确定其他参数；以及
图10提供创建牙齿修复的研磨站的示意图。
具体实施方式
根据需要，在此公开本发明的详细实施例；然而，应当理解的是，所公开的实施例仅是可以以各种和替代形式实施的本发明的示例。附图不一定按比例；为了显示特定组件的细节，一些特征可能被放大或最小化。因此，在此所公开的具体结构和功能的细节不应被解释为限制性的，而是仅作为教导本领域技术人员各种应用本发明的代表性基础。
如在此所用的术语“对象”是指需要牙科治疗的人类患者。
术语“STL”是立体光刻CAD软件的文件格式。
参考图1，提供了自动牙科治疗系统的示意图。牙科治疗系统10包括与牙齿扫描仪14和机械臂16进行通信的中央处理单元12。有用的机械臂的示例是6DOF机械臂，诸如通用机械臂(Universal Robotics Arm)。在另一改进方案中，机械臂16是手持设备16'，其具有由用户握持的机器人运动特征。在一个改进方案中，牙齿扫描仪14包括用户手柄，用于用户握持和根据需要移动扫描仪。中央处理单元12控制牙科治疗系统10的自动操作。通常，中央处理单元12包含在计算机工作站中。驻留在计算机存储器22中的控制程序20由中央处理单元12执行，从而从扫描仪14接收图像文件并控制机械臂16的移动。在操作期间，牙齿扫描仪14可以将牙齿图像数据传送到中央处理单元12。中央处理单元12包括显示器24，在该显示器24上通过一系列屏幕提示来引导外科手术过程。显示器24渲染需要外科手术介入的来自图像文件的对象28中的目标牙齿的图像26。图1描绘了坐在牙科椅30中的对象28。对象28的头部由头枕32固定。机械臂16包括用于执行牙科手术的末端执行器38。末端执行器38通常是数控牙科钻。耦合器40用于将传统的高速电动牙科手持件无倾斜地连接到机械臂16。在一个改进方案中，工具更换器42允许机械臂的钻头的自动工具更换。在这方面，工具更换器42将搜索末端执行器，匹配适当的末端执行器，并改变末端执行器。在另一改进方案中，牙科治疗系统10包括被动定位编码器臂44，其跟踪患者位置并将其传递到中央处理单元12。
参考图1和2，牙科治疗系统10包括机械臂16。机械臂16由多关节臂组成，允许末端执行器44的精确运动。机械臂16包括安装在底板52上的支撑柱50。机械臂16包括可移动臂部分54，其包括5个旋转轴-轴56-64。机械臂16还包括附接到钻手柄68的快速更换工具耦合66。机器人控制70与机械臂16和中央处理单元12电连通。
参考图1和图3，示意性示出被动定位编码器臂44。被动定位编码器臂44跟踪对象的头部移动和牙齿移动。编码器臂44由具有编码器的多关节臂组成，以产生其末端执行器的3D位置。它追寻相对于机械臂的特定点，并且夹紧到进行外科手术的牙齿后面的牙齿上。图2中描绘的被动定位编码器臂44的示例。在该示例中，被动定位编码器臂44包括安装在底板42上的支撑柱72。在一个改进方案中，底板42也用于安装机械臂16。被动定位编码器臂44包括可移动臂部分74，其包括5个旋转轴-轴76-84。被动定位编码器臂44还包括快速连接86，其与编码器臂的末端执行器附接到改性橡胶障夹具。被动定位编码器臂44还包括传感器输出电缆88，其用于将定位信息传送到中央处理单元12。编码器臂包括产生末端执行器的3D位置的编码器(即，改性橡胶障夹具。被动定位编码器臂44相对于在对象移动时在改性橡胶障夹具上产生的往复力是被动的，并且该运动不受被动臂的阻力。如果对象移动并且力施加到橡胶障夹具上，则该力传递到定位臂，并且对其运动的任何阻力将对橡胶障夹具产生往复力。如果夹具相对于齿移动，则它会抛弃机器人切割臂的定位方法，需要重新扫描和校准。因此，通过使其被动性和运动阻力成为设计优先级来将该力最小化到尽可能接近零是有利的。在一个改进方案中，编码器臂44感测触发关闭过程的对象的快速移动。在另一变型中，编码器臂44可操作以被对象关闭(即，通过开关)。
参考图4，提供了与牙科治疗系统10一起使用的改性橡胶障的示意图。橡胶障夹具90将橡胶障91保持在围绕中心开口92的位置，在该中心开口92中将牙齿进行定位。橡胶障夹具90包括用于放置和移除障夹具的镊子孔94。定位基准点96用于提供定位参考点，机械臂16例行地移动以确保其被校准并且改性橡胶障夹具定位参考点在手术或患者移动期间没有相对于牙齿移位。橡胶障夹具90与被动编码器臂44的连接通过连接到快速连接98的杆来实现。橡胶障夹具90的许多设计变型是可能的。这种设计的示例包括偶数象限前磨牙夹具，奇象限前磨牙夹具和前磨牙夹具。
参考图5，提供了工具更换器42的示意图。工具更换器42包括接触杆102以释放钻轴。位置104用于将牙科钻头交换进出末端执行器38。换刀器42由气缸106气动操作，气缸106从源108被供应空气。
参考图6，示意性地示出头枕32围绕对象28的头部的定位。当对象28坐在牙科椅30中时，头枕32围绕对象的颈部定位，接触头部的基部以阻止头部运动。头枕32可以允许为了舒适的少量移动(例如，2～3cm)，同时防止大幅移动(例如，>2～3cm)。头枕32包括安装在气囊底座116、118上的气囊112、114。气囊112、114利用从空气源119供应的空气充气。
参考图1至图7，牙科治疗10的操作描述如下。中央处理单元12控制机械臂16以移除目标牙齿的区域。牙科治疗系统10包括输入设备120、122，输入设备120、122例如可以是键盘和鼠标，其接收来自用户的外科手术指令以提供外科手术介入。指令由中央处理单元12接收。特征性地，外科指令包括在待治疗的目标牙齿的图像上的视觉指示124。控制程序20通过一系列屏幕提示(即，用户界面)引导用户通过牙科协议。在此上下文中，可归因于控制程序20的动作被理解为表示由中央处理单元12执行相关步骤。在一个变型中，牙科治疗系统10包括静态存储器130，其用于存储能够由用户访问的患者简档(profile)和记录。在一个改进方案中，中央处理单元12还显示加载屏幕，该加载屏幕显示一系列患者记录并给出加载现有患者或创建新患者记录的选项。
在牙科治疗系统的操作期间，用户创建患者资料条目。这种资料包括患者姓名、出生日期、患者编号等。用户可以被给予输入治疗计划的选择。在一个改进方案中，如图7所示，中央处理单元在显示器上渲染对象的上牙弓和下牙弓中的所有牙齿的象形图。控制程序20还提供屏幕上提示，其允许用户输入牙齿的特定信息。通常，通过点击用户界面上的特定牙齿输入此信息。例如，以描述性笔记的方式来识别缺失的牙齿或要进行手术的牙齿。此外，用户可以识别与所选牙齿相关联的修复的类型，例如牙冠、牙桥、嵌体/高嵌体和填充物(例如，类别1至5)。控制程序20具有向用户提出各种建议的能力。例如，中央处理单元12(通过控制程序20的执行)在显示器24上向用户呈现牙齿的选择，从而将改性橡胶障夹具放置在牙科手术和/或候选牙齿上以进行扫描。
参考图1，自动钻孔系统10包括牙科牙齿扫描仪14，以产生对象牙齿的图像。牙科牙齿扫描仪的示例是
Figure BDA0003596379550000051
元件，其是可以从爱齐公司(Align Technology，Inc.)商购的口腔内扫描仪。这种牙科牙齿扫描仪创建将要对其进行作业的患者牙弓区域的STL图像文件。特别地，控制程序20根据从牙科牙齿扫描仪14接收的数据创建3D图像。在一个变型中，中央处理单元12使用重叠咬翼片(bitewing)X射线的可变形的术前网格来渲染目标牙齿的三维模型。通常在显示器24上呈现三维模型。有利地，可变形的术前网格能够由用户编辑以产生术后网格和目标修复(修复网格)的表示。修复网格被生成，其具有与术后网格的表面对齐的内表面，以及表示期望的牙齿修复的外表面。通常，在该编辑期间，牙齿没有成形为处于破损状态，而是成形为应该处于原始状态，其被指定为已完成修复。三维模型向用户呈现关于治疗的手术准则的渲染。这样的手术准则包括咬合接触、近端接触、目标牙齿的解剖学形态、咬合减少、相对于生物宽度和近端接触的边缘放置，以及叠加在术前网格上的咬合翼的图像。咬合接触是完成的修复牙齿解剖结构上的精确接触点，其中上下牙齿彼此接触。因此，三维模型确保恢复的牙齿正确地抵靠相对的牙齿定位。近端接触与完成的修复如何在其两侧接触牙齿有关。因此，三维模型确保已修复的牙齿正确地配合在相邻牙齿之间。最后，关于解剖学形态学，三维模型确保已修复的牙齿在解剖学上看起来正确(例如，轮廓的颈部和颊侧高度)。另外，中央处理单元12可以显示与手术准则相关的临床信息。例如，如图8所示，用户界面在网格上显示牙齿交叉点(用项目编号140标记)。这允许用户减少或重新勾画网格的这个区域，以给出与相对和相邻的牙齿或解剖学形状的正确接触(参见图8)。工具路径是从视图端口生成的参数，其中视图端口具有注册到3d网格的咬合或根尖周射线照片(见图9)。这允许临床医师避免解剖学标志，例如牙髓、邻近牙齿或移除龋齿。然后利用6个用户输入来参数化地生成工具路径：进行操作的牙齿数量，确定所需材料厚度的修复材料，相对的牙弓网格和3次点击。三次点击是(1-边缘放置)，2边缘宽度，3准备壁锥度和咬合减少。
一旦参数化生成的工具路径被牙科医生批准，它就用于在机械臂和末端执行器切割牙齿的同时在研磨腔室中同时研磨修复体。应该注意的是，填充物的内表面和边缘直至牙齿准备形状完成才被研磨，以确保一旦得知最终的内部结构就进行填充。此时，由于被研磨的修复体的外表面已知，所考虑的唯一表面将是外科手术切割的牙齿和研磨的修复体的配合/内表面。牙医或助手根据可能呈现在用户界面中的他们临床评估来选择待研磨的修复材料。各种选择包括但不限于复合块(廉价且研磨快速)、二硅酸锂(研磨慢，非常强的修复)、陶瓷等。
如上所述，牙科治疗系统10包括至少一个牙齿扫描仪14。在一个变型中，牙齿扫描仪14可以在几种模式下运行。这种模式的示例包括但不限于：外科扫描模式，其中需要手术的牙齿和两个相邻的牙齿被成像；咬合扫描模式，其中与经受手术的牙齿咬合的相对牙弓中的牙齿；交叉扫描，其中咬合在一起的上下牙齿的颊部/侧面扫描模式被成像以记录它们如何配合在一起。
在特定的变型中，将执行对象牙齿的至少两次扫描。在放置改性橡胶障之前进行第一次扫描，在放置改性橡胶障之后进行第二次扫描。关于第一次扫描，用户(例如，牙科助理)进行3D扫描，该3D扫描作为我们软件的位置图。在一个改进方案中，用户对由控制程序20推荐的区域进行扫描。推荐扫描的区域取决于手术治疗的牙齿。通常，扫描可以是手术扫描、咬合扫描和/或交叉扫描的组合。在外科扫描中，所考虑的牙齿和与其相邻的两个牙齿被扫描。在咬合扫描中，与经受手术的牙齿咬合(配合在一起)的相对牙弓中的牙齿被扫描。在交叉扫描中，进行颊部/侧面扫描，其中上面和下面的牙齿咬合在一起以记录它们如何配合在一起。交叉扫描图像用于记录上下牙齿扫描如何配合在一起的位置。对于第二次扫描，用户使用橡胶障、橡胶障框架、改性橡胶障夹具和被动定位臂进行第二次3D扫描。控制程序20记录或对准两次扫描的位置以创建组合的3D网格。组合的3D网格反映橡胶障上方的牙齿、橡胶障下方的牙齿和牙龈组织、以及改良橡胶障夹具的定位参考点的位置。
控制程序20有利地能够引导机械臂14在多个牙齿上进行外科手术。特别地，牙科治疗系统10能够执行象限手术。如果牙齿是后牙(从后磨牙到中间的中切牙-国际牙齿编号1到8)，从后磨牙到中线完成扫描。这被称为牙科中的象限。牙科治疗系统10还能够进行前方手术。特别是，如果牙齿是前牙(牙齿编号3-3)，则不使用象限。相反，上牙弓和下牙弓都使用一组前牙。例如，对牙齿46进行手术将需要扫描所考虑的牙齿和两个相邻的牙齿(47,46和45)作为相对的牙齿(15,16和17)的手术区域。这种手术还需要在患者从大约15+45、16+46、17+47的侧面将牙齿咬合在一起的情况下进行扫描，以记录牙齿如何配合在一起。扫描过程包括用户(例如，助理)拍摄多个图片，其包括Z值深度信息，该Z值深度信息被拼接在一起以创建3D模型。
然后可以使用这些扫描来创建可呈现给用户的可旋转复合三维模型。在该模型中，用户能够根据准备类型(例如，牙冠/高嵌体/嵌体)设置准备区。在一个改进方案中，用户可以利用不同的“刷子”数字地绘制牙齿的不同区域，这些“刷子”表示每种油漆颜色下的切割深度。在另一改进方案中，用户使用触控笔输入与3d网格交互，例诸如：杰魔雕刻(Geomagic Sculpt)(www.geomagic.com/en/products/sculpt/touch/)。切口的定向垂直于被绘制的网格的表面或垂直于咬合平面。在改进方案中，切割深度的优选默认值被设置为默认值。在另一变型中，由牙医和/或控制程序20来设定“禁止”区域。例如，设置处于牙齿之间的2D平面，并且该2D平面充当邻间屏障以识别一个牙齿开始和下个牙齿结束的位置。这防止控制软件将切口从一个牙齿延伸到另一个齿中，从而创建工作包络。在这方面，牙医通过用刷子绘制边缘来设置齿龈/牙龈边缘。在一个变型中，控制程序20可操作以确定牙齿的牙髓和/或神经的大致位置。在一个改进方案中，该确定是基于距牙齿外表面的径向距离和接触神经的可能深度的概率位置。
在一些变型中，如果在外科手术过程中发现腐烂，则控制程序20需要来自牙医的指示来使能牙科预备的自动延伸。当发现腐烂时，向用户呈现几种选项。可以基于牙医设置的准则去除腐烂。可以留下腐烂，允许牙医在程序的这一点处编写额外的牙齿切割循环。该切割步骤的起点位于在最近的牙齿切割之后。这基本上使用在第一次切割之后的牙齿状态进行更新的3D模型来重新运行牙医输入步骤。有问题的腐烂区域可以在3D网格上以不同颜色突出显示。可以向软件提供何时去除腐烂的细节。例如，如果接近牙科医生或软件定义为可能包含神经的空间，则包括扩展准备的设置。可以由牙医自行决定指示软件将腐烂追踪到那个空间或者不到该空间。当治疗计划最终确定时，用户在用户界面中提供接受治疗计划的指示(即，勾选框、点击按钮等)。
在用户已经完成三维工具路径的编辑之后，中央处理单元可操作以根据用户在三维模型中识别的区域来控制机械臂以研磨目标牙齿的内表面和边缘。例如，机械臂16可操作以切出如在开始手术之前由用户使用输入设备中的数字刷子所描绘的整个轮廓形状。在这方面，中央处理单元12可操作以延迟研磨直到完成牙齿预备形状。
扫描仪的捕获软件进入系统软件以允许访问生成的STL文件。在一个改进方案中，牙科技师进行3D扫描以提供位置图。特别是，技师扫描软件推荐的区域。图5提供了牙医可以使用的国际牙齿编号及其相互位置的图表的示例。
在改进方案中，中央处理单元12可操作以通过将从牙齿成像扫描仪接收的数据与从牙钻和/或牙齿扫描仪接收的数据进行组合来创建待治疗的对象牙齿的三维密度矩阵。具体地说，在切割诸如牙釉质的较高密度材料时驱动主轴的电动机的负载将增加，并且在切割诸如龋齿的较低密度材料时减小。通过将电机负载(和间接主轴速度)与工具的进给速率、牙齿的3d表面网格和末端执行器的3d坐标相结合，我们能够计算每个切割区域的相对密度。特别地，中央处理单元12可操作以识别三维密度矩阵中的体积单元，并将与表征牙齿状态的标识符相关联的每个体积单元进行关联。这种标识符的示例指示牙齿中的区域是否包括硬牙釉质、腐朽牙釉质、硬牙本质、腐烂牙本质、坚固牙骨质、腐烂牙骨质和牙髓/神经或如汞合金、复合材料、金等修复材料。此外，标识符还可用于指示先前的填充物(例如，汞合金、复合物等)和先前的牙冠。中央处理单元12根据标识符在体积单元上执行预定的治疗方案。预定的治疗方案通过采用研磨速度、末端执行器中的钻头的主轴速度(或驱动主轴的电动机的电流增加)和移动机械臂的速率来计算被切割的牙齿的相对密度。在这方面，中央处理单元12可操作以引导机械臂的末端执行器根据在三维密度矩阵中识别出的区域来切割对象的牙齿。
在一个变型中，牙科治疗系统10还可以包括密度扫描仪。参考图1，牙科治疗系统10还包括密度扫描仪150，其创建基于体素(voxel)的图像(如CT重建)。在这种体素图像中，牙齿的密度由颜色表示。此外，体素图像可以叠加在网格上。该显示过程类似于CT图像，其使用体素而不是网格来显示密度(辐射不透明度)。然而，在该变型中，代替使用像CT那样的辐射不透明度，密度被确定为对切割工具旋转的阻力。通过结合末端执行器的主轴速度/电动机上的电负载、末端执行器与网格接触的已知接触表面区域、网格相对于牙齿的移动速度(考虑到由编码器臂编码的牙齿的相对论速度)，计算作为相对密度值的值。将该值与来自已知密度的测试材料的实验室数据进行比较。
当机械臂切割牙齿时，创建密度值的3D矩阵并将其索引到机器人切割臂上的末端执行器的XYZ坐标。通过使用末端执行器相对于患者牙齿的进给速率和与牙齿接触的末端执行器钻头的表面积来计算每个XYZ坐标的密度值。由于牙齿的3D网格、钻头相对于牙齿网格的局部位置、钻头的形状、钻头的磨损率和主轴速度是已知的，所以可以通过与电动机负载的相关性来确定密度。牙齿状态矩阵建立在相同的XYZ坐标。经由将密度值与它们与牙齿外表面的径向距离进行结合的算法来计算这些状态。该计算利用了牙齿由在某种程度上可预测的位置上分层的各种材料组成的事实。密度值的位置表示牙齿的不同区域中的不同的物质。例如，发现相对于相邻区域具有低密度点的区域可能是软牙釉质区域，或者是从硬牙釉质区域到硬牙本质区域的过渡，这取决于距离牙齿表面的径向位置。这种差异是扩展预备和维持预备之间的差异。
通过牙齿修复界面上的每个边缘点扩展工具路径循环的决定由龋齿状态和所考虑的坐标的位置来确定(例如，利用工具通过上面预定义的区域(相邻的牙齿、牙龈、牙髓))。重复该循环，直到没有检测到另外的腐烂区域，已达到边界，或已经出发呼叫牙医项目。
参考图7、图8和图9，提供了用于图1的系统的计算机屏幕上显示的用户界面160的示意图。图7提供了用于牙齿选择172的屏幕截图。在牙齿选择172中提供了两个视图-三维视图174和拓扑布局视图176。可以从该视图中选择牙齿158。图8提供了用于将咬翼片X射线168覆盖到3D扫描的术前网格170上的屏幕截图。还描绘了术后网格172和修复网格174。修复网格174将包括由术前网格170和用于替换缺失牙齿部分176的修复物来限定的表面。此外，修复网格174具有与术后网格172对齐的内表面177和表示所需修复的外表面178。图9示出术后网格预操作180的产生。术后网格用于创建工具路径。术后网格被参数化生成。特别地，边缘放置182由1(对称边缘放置)或2(非对称边缘放置)点击来确定。用户首次点击鼠标(第一次点击)以指示牙齿188的外表面上的冠部-顶端高度位置，以在中间放置手术边缘。在咬翼片X射线168上的叠加允许用户确保边缘处在任何现有腐烂或先前存在的修复材料下方。第二次鼠标点击确定相同的数据作为远端边缘的点B(注意：边缘放置182可以通过替代过程0来确定，这是一个实施例)。向用户呈现快照，其显示放置边缘所在的牙齿158的外表面上的可接受位置的范围。如果用户选择侵入生物宽度的边缘位置，或者在接触点之上，软件会提醒用户。这两个边界用作边缘放置182的快照范围。然后用户通过一次点击输入边缘宽度184--将鼠标从外部边缘放置182朝向待处理牙齿的中心移动。然后向用户呈现快照，其允许用户接受理想的轴向材料减小厚度。可替换地，用户可以忽略该快照并将边缘放置地更深进入牙齿组织中以捕获腐烂或现有的修复材料。接下来，用户利用最终点击选择牙齿的锥度和最小减少厚度186。每种材料都具有最小厚度要求(即，减小厚度)。该厚度通过接合上齿和下齿网格并从相对齿的高度减去将要切割的齿的最小厚度要求来实现。这样做而不仅仅是从待切割的牙齿上移除最小厚度，因为待切割牙齿的特定部分可能不与相对的牙齿接触，这意味着间隙空间能够利用修复材料填充。这导致更少的牙齿结构被移除。在严重磨损的外科牙齿的情况下，咬翼片X射线168的叠加可以指示治疗后网格，该治疗后网格在如解剖图像(咬合射线照片)中所示的在牙髓顶部延伸。在这种情况下，临床并告知患者可能需要根管或者可替换地预防性地完成根管。向用户呈现快照，其指示软件计算出理想的锥度和减小厚度186。用户可以接受该快照或将其更改为她/他期望的位置。
参考图10，提供了用于制备待放置在对象体内的牙科修复物的研磨站的示意图。上面公开的系统被描述为对患者进行牙科手术(即钻孔)。在图1的系统中包括研磨站允许制造这些修复体。牙科系统治疗10确定用于执行牙科手术的参数。此外，在该手术执行期间，牙齿扫描仪用于监测手术并确定是否需要包括另外的牙齿区域。因此，牙科系统治疗10还能够计算待放置在患者体内的牙科部件的期望形状(例如，填充物、嵌体、牙冠)。研磨站140包括研磨部件142，研磨部件142在工件144上进行操作以形成牙科修复物。在变型中，研磨部件142是与图1的机械臂16类似的机械臂。在一个改进方案中，研磨部件142类似于可以沿Z方向平移的传统铣刀。在后一种变型中，工件114附接到XY平移系统146。XY平移系统146安装在工作台148上。铣刀142的研磨工具150可以在Z方向移动。线缆152用于将研磨站140连接到图1的中央处理单元。在一个改进中，中央处理单元12可操作以控制机械臂同时研磨修复体，允许随着修复体的尺寸增加而发生的修复体的内部配合表面的变化以及可能的外部形状变化，从而包括过程发生时未被更换的外表面的部分。
本发明提供了包括但不限于以下实施方式：
1.一种用于在对象上执行牙科手术的装置，所述装置包括：
中央处理单元，其控制所述装置的自动操作；
显示器，其渲染需要外科手术介入的目标牙齿的图像，目标牙齿的图像根据从所述中央处理单元接收的图像文件来创建；
输入设备，其从用户接收外科手术指令用于提供外科手术介入，所述外科手术指令由所述中央处理单元接收，所述外科手术指令包括待治疗的目标牙齿的图像上的视觉指示；以及
机械臂，其与所述中央处理单元通信，所述机械臂包括执行牙科手术的末端执行器，所述中央处理单元控制所述机械臂来移除目标牙齿的区域。
2.根据实施方式1所述的装置，还包括跟踪对象的头部运动和牙齿运动的编码器臂。
3.根据实施方式2所述的装置，其中所述编码器臂感测由触发关闭过程的对象进行的快速运动。
4.根据实施方式2所述的装置，其中所述编码器臂能够操作以由对象关闭。
5.根据实施方式1所述的装置，其中所述末端执行器是数控牙钻。
6.根据实施方式1所述的装置，还包括存储患者资料和记录的静态存储器。
7.根据实施方式1所述的装置，其中所述中央处理单元在所述显示器上渲染对象的上牙弓和下牙弓中的所有牙齿的象形图。
8.根据实施方式1所述的装置，其中所述中央处理单元提供牙齿选择，以放置改性橡胶障夹具用于牙科过程和/或候选牙齿进行扫描。
9.根据实施方式1所述的装置，还包括牙齿扫描仪，其将牙齿图像数据传送到所述中央处理单元。
10.根据实施方式9所述的装置，其中所述牙齿扫描仪在选自由以下模式组成的群组的模式下进行操作：外科扫描模式，其中需要手术的牙齿和两个相邻的牙齿被成像；咬合扫描模式，其中与经受外科手术的牙齿咬合的相对牙弓中的牙齿；交叉扫描，其中上下牙咬合在一起的颊/侧扫描模式被成像以记录它们如何配合在一起。
11.根据实施方式9所述的装置，其中所述中央处理单元使用可变形的术前网格来渲染目标牙齿的三维模型，所述可变形的术前网格能够由用户编辑以产生术后牙齿网格和对应的最终修复的表示。
12.根据实施方式11所述的装置，其中所述三维模型包括手术准则的渲染，所述手术准则包括咬合接触、近端接触、目标牙齿的解剖形态、咬合减少、相对于生物宽度和近端接触的边缘放置、以及叠加在术前网格上的咬翼片的图像。
13.根据实施方式12所述的装置，其中所述中央处理单元能够操作以显示与手术准则相关的临床信息。
14.根据实施方式11所述的装置，其中咬翼片X射线覆盖所述术前网格，用户能够重新绘制所述术前网格以产生术后网格，所述术后网格是目标修复的表示。
15.根据实施方式14所述的装置，其中修复网格被生成，所述修复网格具有与所述术后网格对齐的内表面和表示期望修复的外表面。
16.根据实施方式10所述的装置，还包括密度扫描仪，其创建表示牙齿密度的体素图像。
17.根据实施方式12所述的装置，其中所述中央处理单元能够操作以根据由用户在三维模型中识别出的区域，来控制所述机械臂以研磨目标牙齿的内表面和边缘。
18.根据实施方式17所述的装置，其中所述中央处理单元能够操作以延迟研磨直到完成牙齿预备形状。
19.根据实施方式17所述的装置，其中所述机械臂能够操作以切出在开始外科手术之前由用户使用所述输入设备中的数字刷子所描绘的整个轮廓形状。
20.根据实施方式10所述的装置，其中所述中央处理单元能够操作以根据从所述牙齿扫描仪接收到的数据来创建待治疗的对象的牙齿的三维密度矩阵。
21.根据实施方式20所述的装置，其中所述中央处理单元能够操作以识别所述三维密度矩阵中的体积单元，每个体积单元与表征牙齿状态的标识符相关联。
22.根据实施方式21所述的装置，其中所述中央处理单元能够操作以引导所述机械臂的末端执行器根据在所述三维密度矩阵中识别出的区域来切割对象的牙齿。
23.根据实施方式21所述的装置，其中所述标识符指示牙齿中的区域是否包括硬牙釉质、腐烂的牙釉质、硬牙本质、腐烂的牙本质或修复材料。
24.根据实施方式21所述的装置，其中所述中央处理单元能够操作以根据所述标识符在体积单元上执行预定的治疗方案。
25.根据实施方式24所述的装置，其中所述预定的治疗方案包括用于调节研磨速度、所述末端执行器中的钻头的主轴速度和移动所述机械臂的速率的参数。
26.根据实施方式1所述的装置，其中所述机械臂是手持设备。
虽然上面描述了示例性实施例，但是并不旨在这些实施例描述本发明的所有可能形式。相反，说明书中使用的词是描述性的而不是限制性的，并且应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种改变。另外，各种实现实施例的特征可以被组合以形成本发明的另外的实施例。

Claims (10)

1.一种用于在对象上执行牙科手术的装置，所述装置包括：
中央处理单元，其控制所述装置的自动操作；
显示器，其渲染需要外科手术介入的目标牙齿的图像，目标牙齿的图像根据从所述中央处理单元接收的图像文件来创建；
输入设备，其从用户接收外科手术指令用于提供外科手术介入，所述外科手术指令由所述中央处理单元接收，所述外科手术指令包括待治疗的目标牙齿的图像上的视觉指示；以及
机械臂，其与所述中央处理单元通信，所述机械臂包括执行牙科手术的末端执行器，所述中央处理单元控制所述机械臂来移除目标牙齿的区域。
2.根据权利要求1所述的装置，还包括跟踪对象的头部运动和牙齿运动的编码器臂。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述编码器臂感测由触发关闭过程的对象进行的快速运动。
4.根据权利要求2所述的装置，其中所述编码器臂能够操作以由对象关闭。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述末端执行器是数控牙钻。
6.根据权利要求1所述的装置，还包括存储患者资料和记录的静态存储器。
7.根据权利要求1所述的装置，其中所述中央处理单元在所述显示器上渲染对象的上牙弓和下牙弓中的所有牙齿的象形图。
8.根据权利要求1所述的装置，其中所述中央处理单元提供牙齿选择，以放置改性橡胶障夹具用于牙科过程和/或候选牙齿进行扫描。
9.根据权利要求1所述的装置，还包括牙齿扫描仪，其将牙齿图像数据传送到所述中央处理单元。
10.根据权利要求9所述的装置，其中所述牙齿扫描仪在选自由以下模式组成的群组的模式下进行操作：外科扫描模式，其中需要手术的牙齿和两个相邻的牙齿被成像；咬合扫描模式，其中与经受外科手术的牙齿咬合的相对牙弓中的牙齿；交叉扫描，其中上下牙咬合在一起的颊/侧扫描模式被成像以记录它们如何配合在一起。
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