RU2700542C1

RU2700542C1 - Dental robot

Info

Publication number: RU2700542C1
Application number: RU2018143279A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Витальевич Кондрашин; Александр Валериевич Иващенко; Алексей Евгеньевич Яблоков; Егор Игоревич Баландин
Original assignee: Дмитрий Витальевич Кондрашин; Александр Валериевич Иващенко; Алексей Евгеньевич Яблоков; Егор Игоревич Баландин
Priority date: 2018-12-06
Filing date: 2018-12-06
Publication date: 2019-09-17

Abstract

FIELD: medical equipment.

SUBSTANCE: invention refers to medicine, namely to medical equipment, and can be used in surgical dentistry and maxillofacial surgery, as well as in orthopedic dentistry. Disclosed is a robotic system intended for installation of dental implants and odontopreparation, consisting of a machine with numerical programmed control, in which a dental tip is fixed, and a unit for fixing the jaw relative to the machine. Robot-assisted system is capable of detecting spatial position of jaw in Cartesian coordinate system, and monitor angular and linear deviations of patient's jaw in process of operation relative to selected coordinate system, due to gyroscopes and accelerometers, by means of which in online mode head position tracking in 3 planes of Cartesian coordinates system, is also capable of installing cylindrical dental implants in real time, as well as grinding solid teeth tissues for various types of fixed orthopedic structures.

EFFECT: invention provides higher accuracy of dental implant positioning and accuracy of dental implantation protocol implementation.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к медицине, а именно к медицинской технике, и может быть использована в хирургической стоматологии и челюстно-лицевой хирургии, а также в ортопедической стоматологии. Устройство позволяет повысить качество позиционирования и установки дентальных имплантатов, а также увеличить точность сошлифовывание твердых тканей зубов.The invention relates to medicine, namely to medical equipment, and can be used in surgical dentistry and maxillofacial surgery, as well as in orthopedic dentistry. The device allows to improve the quality of positioning and installation of dental implants, as well as to increase the accuracy of grinding of hard tissues of teeth.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение точности позиционирования дентальных имплантатов и точности реализации протокола дентальной имплантации.The objective of the proposed technical solution is to increase the accuracy of the positioning of dental implants and the accuracy of the implementation of the dental implant protocol.

Проблема точной установки имплантатов с применением робот-ассистированных систем в дентальной имплантологии решается различными способами. Так известен прототип патент US 201603541, представляющий собой устройство, включающее в себя две кинематические конструкции, одна из которых была оснащена наконечником физиодиспенсера, а вторая неподвижно фиксировалась относительно челюсти, в которую устанавливался дентальный имплантат. Устройство позволяло в автоматическом режиме отслеживать траекторию перемещения челюсти, в которую устанавливается имплантат и одновременно производить его установку. В связи с тем, что устройство обладало элементами искусственной нейронной сети, его можно отнести к роботизированным системам. Недостатками данного изобретения является недостаточное обеспечение неподвижности челюсти при инсталляции дентальных имплантатов.The problem of accurate implant placement using robot-assisted systems in dental implantology is solved in various ways. So known is the prototype patent US 201603541, which is a device that includes two kinematic structures, one of which was equipped with a tip of the physiological dispenser, and the second was fixedly fixed relative to the jaw into which the dental implant was installed. The device allowed automatic tracking of the trajectory of the jaw, into which the implant is installed and at the same time to install it. Due to the fact that the device had elements of an artificial neural network, it can be attributed to robotic systems. The disadvantages of this invention is the insufficient provision of immobility of the jaw during the installation of dental implants.

Проблема одонтопрепарирования с использованием робот-ассистированных систем в ортопедической стоматологии решается различными способами. Так известен прототип патент US 20160367336 А1. Внутриротовой участок устройства представляет собой прямоугольный металлический "корпус-каппу", которая неподвижно фиксируется относительно препарируемого зуба. К внутриротовой части устройства неподвижно закреплен генератор лазерного излучения. Внутри "корпуса-каппы" располагается одна фокусирующая линза направляющая лазерный луч в 6-и направлениях на ткани зуба в соответствии с планом препарирования. Толщина одного слоя препарирования реализуемое устройством 46 μm, точность одного шага 1 μm. Сравнение сканированных 3D параметрических моделей полученных до одонтопрепарирования с моделями полученными после одонтопрепарирования показала погрешность в пределах 0,05-0,17 мм. Средняя погрешность "селективного" препарирования окклюзионных поверхностей составила 0,097 мм, при этом средняя погрешность угловых отклонений составила один градус. Время, препарирования с устройством в среднем составляло 17 минут.The problem of odontopreparation using robot-assisted systems in orthopedic dentistry is solved in various ways. So known prototype patent US 20160367336 A1. The intraoral portion of the device is a rectangular metal "body-mouthguard", which is fixedly fixed relative to the prepared tooth. A laser radiation generator is fixedly fixed to the intraoral part of the device. Inside the “body-tray” there is one focusing lens guiding the laser beam in 6 directions to the tooth tissue in accordance with the preparation plan. The thickness of one preparation layer realized by the device is 46 μm, the accuracy of one step is 1 μm. Comparison of scanned 3D parametric models obtained before odontopreparation with models obtained after odontopreparation showed an error in the range of 0.05-0.17 mm. The average error of the "selective" preparation of occlusal surfaces was 0.097 mm, while the average error of the angular deviations was one degree. The time of preparation with the device averaged 17 minutes.

Основным недостатком предлагаемого способа является наличие стандартной каппы, фиксация которой требует изготовления индивидуальной пластмассовой внутренней части, что в свою очередь может привести к накоплению значительного количества погрешностей при одонтопрепарировании.The main disadvantage of the proposed method is the presence of a standard mouth guard, the fixation of which requires the manufacture of an individual plastic inner part, which in turn can lead to the accumulation of a significant number of errors during odontopreparation.

Ближайшим техническим решением является патент US CN 107582193 A 2018 год. Устройство включает в себя промышленный робот-манипулятор (адаптированный под медицинские цели) с несколькими кинематическими звеньями. Перед операцией в соответствии с клинической картиной на КТ снимке выбиралась позиция и глубина установки имплантата, полученные данные загружались в контроллер устройства. Пациент усаживался в кресло. Относительно устройства производилась калибровка положения головы пациента. Контроль передвижения головы пациента относительно устройства обеспечивалось благодаря неподвижно фиксированным видео-трекером расположенным на челюсти пациента и наконечнике физиодиспенсора. В процессе работы одновременно за двумя маркерами наблюдает машинное зрение и обеспечивало обратную связь между роботом и пациентом. При такой архитектуре устройства во время операции не требуется неподвижная фиксация головы пациента. При непосредственной постановке имплантата система фиксирует любое перемещение головы пациента и соответственно этому в автоматическом режиме совершает соразмерное движение в ее сторону, компенсируя негативное влияние человеческого фактора. Однако система контроля движения наконечника и головы в указанном устройстве применяла роботизированное зрение. В описанном устройстве FPS составляло 25. Это определяло высокую степень погрешности слежения за объектами, над которыми производится оперативное вмешательство. Устройство представляло собой "кинематическую руку". Устройство обладало крупными габаритами и из-за этого требовалось значительное пространство вокруг аппарата, необходимое для его работы.The closest technical solution is the patent US CN 107582193 A 2018. The device includes an industrial robotic arm (adapted for medical purposes) with several kinematic links. Before the operation, in accordance with the clinical picture on the CT scan, the position and depth of implant placement were selected, the obtained data were downloaded to the device controller. The patient was seated in a chair. Regarding the device, the position of the patient’s head was calibrated. Monitoring the movement of the patient’s head relative to the device was provided thanks to a motionless fixed video tracker located on the patient’s jaw and the tip of the physiological dispenser. In the process, two markers are simultaneously monitored by machine vision and provided feedback between the robot and the patient. With this architecture of the device during the operation does not require a fixed fixation of the patient’s head. With direct implant placement, the system captures any movement of the patient’s head and, accordingly, automatically makes a commensurate movement in her direction, compensating for the negative impact of the human factor. However, the control system for the movement of the tip and head in the specified device used robotic vision. In the described device, the FPS was 25. This determined a high degree of error in tracking objects that are undergoing surgery. The device was a "kinematic arm." The device had large dimensions and because of this, significant space was required around the device, necessary for its operation.

Поставленная цель достигается следующим образом. Перед началом работы с устройством получают цифровые данные о трехмерной геометрии челюстно-лицевой области на основе DICOM данных, оптических 3D внутриротовых сканеров, оптических 3D сканеров инженерного назначения. На основе этих данных формируют трехмерную модель в STL-формате, а затем в формате Parasolid. Основываясь на геометрии виртуальной челюсти в формате Parasolid формируется трехмерная траектория движения костной фрезы относительно рабочей челюсти. Станина станка и челюсть остаются неизменными. В устройстве реализованы 2 режима фиксации относительно рабочей челюсти: неподвижная и подвижная (Фиг. 1.)The goal is achieved as follows. Before working with the device, digital data is obtained on the three-dimensional geometry of the maxillofacial region based on DICOM data, optical 3D intraoral scanners, and optical 3D scanners for engineering purposes. Based on these data, a three-dimensional model is formed in the STL format, and then in the Parasolid format. Based on the geometry of the virtual jaw in the Parasolid format, a three-dimensional trajectory of the bone cutter relative to the working jaw is formed. The machine bed and jaw remain unchanged. The device has 2 modes of fixation relative to the working jaw: fixed and movable (Fig. 1.)

Этап калибровки реальной модели относительно цифровой проходит через этап зондирования. Трех осевой станок с числовым программным управлением, основываясь на непосредственном зондировании твердых тканей зубов, расположенных в полости рта, калибровочным бором либо калибровочной костной фрезой получает информацию о форме зубов и их расположению на "рабочей челюсти". На основе полученных данных в компьютере позиционируется трехмерная "рабочая челюсть" относительно реальной челюсти. На основании полученной информации дается поправка к ранее сформированному G-коду. G-код с поправкой передается на станок с числовым программным управлением. Станок в режиме обработки производит инсталляцию дентальных имплантатов по сформированному G-коду с поправкой. На протяжении всей работы система координирует пространственное положение костной фрезы относительно рабочей челюсти.The stage of calibration of the real model with respect to the digital one passes through the stage of sounding. A three-axis machine with numerical control, based on the direct sounding of hard tissues of teeth located in the oral cavity, receives a boron or a calibration bone cutter with information about the shape of the teeth and their location on the "working jaw". Based on the data obtained, a three-dimensional "working jaw" is positioned in the computer relative to the real jaw. Based on the information received, an amendment to the previously generated G-code is given. The corrected G code is transmitted to a numerically controlled machine. The machine in the processing mode performs the installation of dental implants using the generated G-code as amended. Throughout the work, the system coordinates the spatial position of the bone cutter relative to the working jaw.

Claims

A robotic system designed for the installation of dental implants and odontopreparation, consisting of a numerically controlled machine tool in which a dental tip is fixed and a jaw fixation unit relative to the machine, characterized in that the robot-assisted system is able to detect the spatial position of the jaw in the Cartesian coordinate system , and monitor the angular and linear deviations of the jaw of the patient during operation relative to the selected system of co nate, due to gyro and accelerometer, by which online mode occurred tracking head position in three planes of a Cartesian coordinate system in real time is capable of producing installation cylindrical dental implant and reduction should hard tissues of teeth for different types of fixed prosthetic constructions.