CN110811880A - 一种自动种植牙机器人及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种自动种植牙机器人及其应用方法，自动种植牙机器人包括电连接的主台车和副台车，主台车上安装有种植***、控制***和显示器，副台车上安装有光学追踪定位仪器，光学追踪定位仪器通过刚性连接在口内定位夹具上的定位追踪装置进行配准，光学追踪定位仪器追踪种植***以及定位追踪装置的位置并将追踪信号发送至控制***，控制***根据追踪信号来控制种植***在种植区域内的种植操作并通过显示器实时显示；主台车上还安装有不间断电源UPS，不间断电源UPS连接着隔离变压器并向控制***供电。本发明将光学追踪定位仪器安装在副台车上，与主台车分离，可以使光学追踪定位仪器根据种植需要精准移动实现对具有识别特征的部件的追踪。

Description

一种自动种植牙机器人及其应用方法

技术领域

本发明属于医疗器械领域，具体涉及一种自动种植牙机器人及其应用方法。

背景技术

种植牙舒适、美观、耐用且不损伤邻牙，是目前牙齿缺失后首选的修复方案。种植牙是指将根型纯钛或钛合金材料锚固在颌骨内，为缺失牙的修复提供支持和固定。口腔种植的理论技术是骨结合，即有序的或股直接沉积在种植体表面，将种植体锚定在骨内。骨结合的质量直接关系到种植牙的成败和长期稳定性。影响骨结合的因素有很多，其中很重要的一项就是种植体的位置和轴向，如果种植体周围骨量少于1.5mm，可能发生种植体周围骨吸收；如果种植体不能朝向对颌牙功能尖，种植体可能承受过强的侧向力，同样可能造成种植体周围骨吸收。这种骨吸收往往反映在骨结合质量的同时下降，大大缩短了种植牙的使用年限。

种植术前准备是围绕CT数据展开的，一是为CT数据与实体信息的配准做准备，二是在CT图像中完成手术方案的设计。CBCT(Cone Beam Computed Tomography)是指锥形束投照计算机重组断层影像手段，是种植术前评估骨质骨量、设计方案常用的手段，但CBCT图像及其中设计的种植方案无法直接与口腔实体联系在一起，为了将两种数据集成在一起，需要进行配准定位。

现有的配准方法多采用点配准的方法，即术前患者口内附着多个基准点拍CT，基准点的坐标被保存在虚拟三维图像中；配准时，口内仍附着这些基准点，通过多基准点的坐标实现配准。点配准时，带有定位追踪装置的器械按照CT图像中基准点的顺序逐个点出口内基准点的中心点。该配准方法存在操作过程繁复，手动点基准点中心存在误差的问题。同时现有的配准定位多是通过快速塑形材料印出牙齿模型，利用牙齿颈部或牙齿间倒凹固位，由于单颗牙倒凹固位力弱，所以需要同时对多颗牙甚至半口牙进行印模。该方法对牙齿外形依赖较大，为了获得足够的固位力，常常需要用到多颗(>2颗)连续的牙齿，适用范围受限。因此该方法不适用于缺牙较多的患者，且患者不适感强。

申请号为“201710835480.7”公布日为“2018.01.09”的发明专利申请公布了一种自动种植牙科机器人，结合其附图和发明内容，可知其公开了种植牙机器人由台车和各个控制部件组成，各个控制部件集成安装在这一部台车上，医护人员在操作该种植牙机器人时，无论是需要哪一控制部件，都需通过操控整部台车才可实现移动，尤其是在使用追踪器时，常使医护人员感到不便，另外其所记载的口内夹具锁紧强度调节范围窄，且调节精度差，同时钻针配准工具在进行钻针更换时，需重新对钻针方向进行校准，延长了配准时间。因此，急需开发一种新的种植牙机器人以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的一是解决所有控制部件集中在一部台车上所带来的追踪器操作不便的问题；目的二是提供新的口内定位夹具，实现精准定位和固位；目的三是解决现有的牙科种植钻针配准工具在更换不同尺寸的钻针时，需要频繁进行方向校准的问题。

为此，本发明提供了一种自动种植牙机器人，包括电连接的主台车和副台车，主台车上安装有种植***、控制***和显示器，副台车上安装有光学追踪定位仪器，光学追踪定位仪器通过刚性连接在口内定位夹具上的定位追踪装置进行配准，光学追踪定位仪器追踪种植***以及定位追踪装置的位置并将追踪信号发送至控制***，控制***根据追踪信号来控制种植***在种植区域内的种植操作并通过显示器实时显示；

主台车上还安装有不间断电源UPS，不间断电源UPS连接着隔离变压器并向控制***供电。

口内定位夹具是夹持在患者口腔内缺牙处并通过内置的可塑形材料印出牙齿模型的装置，且口内定位夹具固位在连续两颗牙齿上，口内定位夹具包括固定件和活动件，固定件和活动件通过驱动部件连接，驱动部件连接固定件和活动件构成可夹紧牙齿的锁扣。

固定件呈┐形，活动件呈∣形，固定件和活动件的端部卡接形成∩形结构，∩形结构的两个底边分别向彼此相对的内侧弯曲突出形成相对的固定勾和从动勾，固定勾和从动勾配合构成可锁固牙齿的∩形扣锁，驱动部件为锁紧螺栓，锁紧螺栓穿过固定件推动固定件与活动件的连接面控制∩形扣锁的锁紧强度。

固定件为U形座，活动件为□形座，□形座穿套在U形座的其中一个竖向壁上，另外一个竖向壁与□形座位于U形座U形口内的侧壁构成可锁固牙齿的平板扣锁，驱动部件为锁紧螺栓，锁紧螺栓穿过□形座与U形座的穿套部分推动□形座位于U形座U形口内的侧壁控制平板扣锁的锁紧强度。

定位装置包括自动配准装置或定位追踪装置，自动配准装置是由可显影且无明显伪影的材料制成的立体结构，定位追踪装置是具有追踪定位标记的且可被光学追踪定位仪器识别实现追踪定位的部件。

定位装置包括自动配准装置或定位追踪装置，自动配准装置是由可显影且无明显伪影的材料制成的立体结构，定位追踪装置是可实现追踪定位的传感部件。

种植***包括机械臂，机械臂前端安装种植手机，种植手机前端设置有钻针，机械臂通过机械臂支撑结构安装在主台车上，机械臂支撑结构可通过线性模组在主台车的台面上沿直线滑动，同时可通过主台车上的升降装置上下升降。

显示器通过显示器支撑结构安装在主台车上，显示器支撑结构可通过线性模组在主台车台面上沿直线滑动，同时可通过主台车上的升降装置上下升降。

一种自动种植牙机器人的应用方法，包括如下步骤：

将置有可塑形材料同时连接自动配准装置的口内定位夹具戴在患者口腔内待种植牙处拍摄CBCT，CBCT数据传输至控制***，控制***分析CBCT数据后自动生成完整的种植方案，或者控制***分析CBCT数据后由医生设计种植方案；

取下自动配准装置，口内定位夹具和种植***分别连接定位追踪装置，光学追踪定位仪器识别口内定位夹具上的定位追踪装置，以光学追踪定位仪器为原点的空间坐标作为真实三维空间坐标，真实三维空间坐标和CBCT图像坐标配准，然后光学定位追踪仪器识别种植***的定位追踪装置，将种植***的坐标与真实三维空间坐标配准；或者光学追踪定位仪器同时识别口内定位夹具以及种植***的定位追踪装置，实现自动配准；

移动种植***，定位追踪装置与光学追踪定位仪器配合记录口腔和种植***的位移，光学追踪定位仪器将追踪到的信息反馈至控制***，控制***控制种植***随口腔移动，并驱动种植***进行种植手术。

种植***在进行种植手术时需通过种植钻针对种植牙钻孔，钻孔时通过种植钻针配准装置对种植钻针进行配准定位，种植手机设有第一定位追踪标记，种植钻针配准装置设有第二追踪定位标记，光学追踪定位仪器追踪第一定位追踪标记和第二追踪定位标记并传输至控制***，控制***确定种植钻针的直径、种植钻针相对于种植手机的方向和种植钻针针尖位置，并实时反应到CBCT影像上，完成对种植钻针的配准定位。

本发明的有益效果：本发明提供的这种自动种植牙机器人及其应用方法，自动种植牙机器人由主台车和副台车两部分组成，副台车上安装着光学追踪定位仪器，光学追踪定位仪器可以根据种植需要精准移动实现对具有识别特征的部件的追踪；同时，本发明还提供了种植钻针配准装置和口内定位夹具，其中，口内定位夹具通过锁紧后的扣锁和固化后的可塑形材料能够形成很好的固位和定位效果，只需连续两颗牙齿即可获得足够的固位力，种植钻针配准装置可以很方便地确定钻针的直径、钻针相对于种植手机的方向和针尖位置，以便通过追踪种植手机上的第一定位追踪给标记来将钻针的位置实时反应到CBCT影像上，实现牙科种植手术的可视化，同时当再次进行钻针更换时，无需重新对钻针方向进行校准，从而能够缩短配准时间，提高手术效率，具有很高的实用价值。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是自动种植牙机器人的结构示意图。

图2是主台车和副台车上各部件的连接示意图。

图3是实施例3中口内定位夹具的结构示意图。

图4是实施例4中口内定位夹具的结构示意图。

图5是显影片的结构示意图一。

图6是显影片的结构示意图二。

图7是显影片、支撑杆和口内定位夹具连接为一体的整体结构示意图。

图8是主台车和副台车的连接示意图。

附图标记说明：

1.主台车；2.副台车；3.种植***；4.控制***；5.显示器；6.光学追踪定位仪器；7.口内定位夹具；8.不间断电源UPS；9.隔离变压器；10.显影片；11.支撑杆；12.种植钻针配准装置；

7.1.固定件；7.2活动件；7.3.固定勾；7.4.从动勾；7.5.∩形扣锁；7.6.抵接面；7.7.锁紧螺栓；7.8.连接口；7.9.第一侧壁；7.10.第二侧壁；7.11.第一侧面；7.12.第二侧面；7.13.抵接区域；7.14.顶壁；

10.1.第一螺孔；11.1.第二螺孔；

12.1.定位追踪标记部；12.1a.第二定位追踪标记；12.1b.定位销；12.2.钻针检测部；12.21.上平板；12.22.下平板；12.21a.通孔；12.22a.限位检测孔；12.3.分支；12.4.主杆；12.5.凹部。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

需说明的是，在本发明中，图中的上、下、左、右、前、后即视为本说明书中所述的自动种植牙机器人的上、下、左、右、前、后。

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

实施例1：

本实施例提供了一种自动种植牙机器人，如图8所示，包括电连接的主台车1和副台车2，如图1所示，所述主台车1上安装有种植***3、控制***4和显示器5，所述副台车2上安装有光学追踪定位仪器6，所述光学追踪定位仪器6通过刚性连接在口内定位夹具7上的定位追踪装置进行配准。如图2所示，所述光学追踪定位仪器6追踪所述种植***3以及定位追踪装置的位置并将追踪信号发送至所述控制***4，所述控制***4根据所述追踪信号来控制种植***3在种植区域内的种植操作并通过所述显示器5实时显示；所述主台车1上还安装有不间断电源UPS8，所述不间断电源UPS 8连接着隔离变压器9并向所述控制***4供电。

自动种植牙机器人的工作过程和工作原理如下：

将置有可塑形材料同时连接自动配准装置(如显影片10)的口内定位夹具7戴在患者口腔内待种植牙处拍摄CBCT，CBCT数据传输至控制***4，控制***4分析CBCT数据后自动生成完整的种植方案，或者控制***分析CBCT数据后由医生设计种植方案；

取下自动配准装置，口内定位夹具7和种植***3分别连接定位追踪装置，光学追踪定位仪器6识别所述口内定位夹具7上的定位追踪装置，从而将真实三维空间坐标和CBCT图像坐标配准。光学定位追踪仪器6识别种植***3的定位追踪装置，从而将所述种植***3的坐标与真实三维空间坐标配准。或者光学追踪定位仪器6同时识别洞内定位夹具7以及种植***3的定位追踪装置，实现自动配准。其中真实三维空间坐标是指以光学追踪定位仪器6为原点的空间坐标。

移动种植***3，定位追踪装置与光学追踪定位仪器6配合记录口腔和种植***3的位移，光学追踪定位仪器6将追踪到的信息反馈至控制***4，控制***4控制种植***3随口腔移动，并驱动种植***3进行种植手术。

需要特别说明的是：(1)控制***4属于现有的技术，具体地它包括用于实现人机交互的计算机，操作面板以及用于驱动种植***3的控制设备,和脚踏控制装置，是用于根据锥形术电子计算机断层扫描(Cone Beam Computed Tomography，CBCT)图像，确定种植方案。控制***4可以实现手术前种植方案设计，控制***4还可以进行术中配准、信息集成分析、发出指令以及接收反馈等操作，是自动种植牙机器人的核心部分，同时控制***4通过深度学习，能够自主形成全景图、标出下颌神经管，可抽象出种植术区皮质骨和松质骨骨小梁图像，辅助医护人员按照经典的Lekholm and Zarb骨密度分类方法对骨质进行分析，指导种植钻数。(2)当发生停电事故时，不间断电源UPS 8立即将机内电池的电能，通过逆变转换的方法向负载继续供应220V交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏，确保种植手术的正常进行。(3)隔离变压器9是指输入绕组与输出绕组带电气隔离的变压器，隔离变压器9用以避免偶然同时触及带电体，主要起到保护和防雷的作用，隔离变压器9与不间断电源UPS 8的联合使用，可以确保即使在种植手术中遇到停电事故，仍然可以进行种植手术，确保患者的安全。(4)定位装置包括自动配准装置或定位追踪装置，所述自动配准装置是由可显影且无明显伪影的材料制成的立体结构，如显影片10，所述定位追踪装置是具有追踪定位标记(例如黑白相间图案的特征点)且可被光学追踪定位仪器6识别实现追踪定位的部件。

本发明的自动种植牙机器人主要由主台车和副台车两部分组成，副台车上安装着光学追踪定位仪器，光学追踪定位仪器可以根据种植需要精准移动实现对具有识别特征的部件的追踪，避免了所有部件安装于同一台车上带来的移动时相互制约和拉扯的不便。另外，在本发明中，光学追踪定位仪器放弃了NDI Polaris(红外线)而是选择了ClaronavMicronTracker(可见光)，两者不同的是，NDI是反光球，MicronTracker是黑白相间的图案，黑白相间图案可以精准追踪，进一步实现牙齿的精准种植。而且，MicronTracker小巧，有效识别距离小，节省手术空间；MincronTracker使用规则使手术设计更加灵活，适用于更多的临床场景；且成本大幅度降低。

实施例2：

在实施例1的基础上，所述口内定位夹具7是夹持在患者口腔内缺牙处并通过内置的可塑形材料印出牙齿模型的装置，且所述口内定位夹具固位在连续两颗牙齿上，所述口内定位夹具包括固定件和活动件，所述固定件和活动件通过驱动部件连接，所述驱动部件连接固定件和活动件构成可夹紧牙齿的锁扣。

在拍摄CBCT时，需要先将置有可塑形材料的口内定位夹具7戴在患者口腔内待种植牙处拍摄CBCT，口内定位夹具7上连接自动配准装置。需要说明的是，自动配准装置是由可显影且无明显伪影的材料制成的立体结构，例如显影片10，显影片10通过支撑杆11连接于口内定位夹具7。

显影片10的表面包括多个特征区域，特征区域定义特征点位置和与该特征点位置相关联的多个几何特征；几何特征指尖的，有棱角的特征，即有利于进行图像分割的特征。

如图7所示，显影片10具有弯曲的轮廓，使得曲线轮廓的投影到基准平面上通常是弯曲的，当设备附着到牙齿时，曲线轮廓被塑造成沿着牙齿走向的曲线。本实施例中显影片10的过第一螺孔10.1与支撑杆11的第二螺孔11.1可以通过螺纹连接。显影片10的作用是在CBCT中可以显影，且能够很好的分割出来。分割出来的数据可以跟设计的模型文件进行配准。显影片10安装到口内定位夹具7上，显影片10整体弯曲跟手术区域接近。显影片10的表面包括多个特征区域并且限定基准平面。

本实施例中显影片10采用如上设计具有以下优点：第一，符合牙齿的走向；第二，与牙齿的距离不会太远；第三，显影片具有弯曲的轮廓会增加特征点，容易配准，而特征点的数量只需满足算法即可。

在一种优选实施例中，上述实施例中显影片10的特征区域包括一个或多个呈“W”型的折叠部。显影片10设计成折叠的形状会增加特征点，容易配准，而特征点的数量只需满足算法即可。

在一种优选实施例中，显影片10的至少一个特征区域设有定位孔。

实施例3：

在实施例2的基础上，如图3所示，所述固定件7.1呈┐形，活动件7.2呈∣形，所述固定件7.1和活动件7.2的端部卡接形成∩形结构，所述∩形结构的两个底边分别向彼此相对的内侧弯曲突出形成相对的固定勾7.3和从动勾7.4，所述固定勾7.3和从动勾7.4配合构成可锁固牙齿的∩形扣锁，所述驱动部件为锁紧螺栓7.7，所述锁紧螺栓7.7穿过固定件7.1推动固定件7.1与活动件7.2的连接面控制∩形扣锁7.5的锁紧强度。

具体的，固定件7.1和活动件7.2通过固定螺栓转动连接，活动件7.2上端内侧与固定件7.1相接处设有抵接面7.6，固定件7.1上设有可推动抵接面7.6的锁紧螺栓7.7，通过控制锁紧螺栓7.7推动抵接面7.6来控制∩形扣锁7.5的锁紧强度。

实际使用时在∩形扣锁内放置可塑形材料，将∩形扣锁扣在牙齿上，∩形扣锁内可塑形材料可印出牙齿外形。本实施例中∩形扣锁内可塑形材料可以是任何能实现快速成型且能用于患者口腔的材料，包括温度变化引发固化的材料、光照引发固化的材料等。∩形扣锁内置材料印出牙齿模型并固化后，形成个性化夹具，可实现定位，并加强固位。

需要指出的是，活动件7.2能够绕固定螺栓转动从而将该口腔种植牙配准定位装置套装在牙齿上；固定件7.1上开设螺孔，锁紧螺栓7.7可自螺孔穿过固定件7.1与抵接面7.6相抵接，当锁紧螺栓7.7推动抵接面7.6时，活动件7.2围绕固定螺栓转动来控∩形扣锁7.5的锁紧强度；固定件7.1上开有连接口7.8，连接口7.8用以固定和连接支撑杆11，连接口7.8为方形缺口或梯形卡槽，支撑杆11可通过螺钉固定于方形缺口，或通过与梯形卡槽的干涉配合紧固于梯形卡槽中，或与固定件7.1一体成型。

本实施例提供的口内定位夹具7的使用过程如下：

固定件7.1通过连接口7.8与显影片10相连，在∩形扣锁7.5内放置可塑形材料，将∩形扣锁7.5扣在牙齿上，控制锁紧螺栓7.7推动抵接面7.6，活动件7.2围绕固定螺栓转动，使得从动勾7.4向内弯曲，∩形扣锁7.5对可塑形材料施加压力，当可塑形材料在压力作用下印出牙齿形状并固位牙齿后，停止推动抵接面7.6，将∩形扣锁7.5施加的压力保持，将光固化灯放置于∩形扣锁7.5的外侧，使得印模为牙齿形状的可塑形材料固化，在口腔种植牙配准定位装置上连接显影片10，患者口内戴此口腔种植牙配准定位装置拍摄CBCT。拍完CBCT后，从连接口7.8上取下显影片10，连接定位追踪装置(定位追踪装置是具有定位追踪标记的且可以被光学追踪定位仪器6识别的部件)。内置算法已知的显影片10与光学追踪定位仪器6之间的相对投射关系可自动转换，借此，可实现自动配准。配准后，光学追踪定位仪器6通过连接在口内的∩形扣锁7.5可实时反馈口腔位置信息。

实施例4：

在实施例2的基础上，如图4所示，所述固定件7.1为U形座，活动件7.2为□形座，所述□形座穿套在U形座的其中一个竖向壁上，另外一个竖向壁与□形座位于U形座U形口内的侧壁构成可锁固牙齿的平板扣锁，所述驱动部件为锁紧螺栓7.7，所述锁紧螺栓7.7穿过□形座与U形座的穿套部分推动□形座位于U形座U形口内的侧壁控制平板扣锁的锁紧强度。

U形座的两个竖向壁分别为第一侧壁7.9和第二侧壁7.10，在本实施例中，□形座套接在第一侧壁7.9上(也可以套接在第二侧壁7.10上)，□形座上两个平行相对的侧面分别为第一侧面7.11和第二侧面7.12，第一侧壁7.9被夹持在这两个侧面之间，而第二侧面7.12位于第一侧壁7.9和第二侧壁7.10之间，且第二侧面7.12上设有抵接区域7.13，锁紧时，锁紧螺栓7.7顺次通过第一侧面7.11、第一侧壁7.9到达抵接区域7.13，向第二侧壁7.10施加压力来推动□形座朝向U形座的内侧移动，使得□形座和U形座共同构成夹紧牙齿的平板锁扣。

U形座还包括连接两个侧壁的顶壁7.14，顶壁7.14粘结或者螺栓连接支撑杆11，支撑杆11还可以与U形座一体成型，支撑杆11再连接显影片10，具体的，支撑杆11的第二螺孔11.1与显影片10连接。

本实施例提供的口内定位夹具7的使用过程如下：

在□形座和U形座构成的平板锁扣内侧放置作为印模用的可塑形材料(也可以是硅橡胶)，将平板锁扣套在牙齿上；控制锁紧螺栓7.7推动抵接区域7.13，使得□形座向U形座的内侧移动，平板锁扣对可塑形材料/硅橡胶施加压力；当可塑形材料在压力作用下印出牙齿形状并固位牙齿后，停止推动抵接区域7.13，将平板锁扣施加的压力保持；将光固化灯放置于平板锁扣的外侧，使得印模为牙齿形状的可塑形材料固化；从牙齿上取下平板锁扣，在平板锁扣上连接支撑杆11，并在支撑杆11上连接显影片10，使得患者口内佩戴口腔种植牙配准固定装置拍摄CBCT；取下显影片10，在支撑杆11上连接定位追踪装置(具有追踪定位标记的且可以被光学追踪定位仪器6识别的部件)，定位追踪装置与光学追踪定位仪器6配合，通过其内置算法实现自动配准。

实施例5：

在实施例1的基础上，所述种植***3包括机械臂，所述机械臂前端安装种植手机，所述种植手机前端设置有钻针，所述机械臂通过机械臂支撑结构安装在所述主台车1上，所述机械臂支撑结构可通过线性模组在所述主台车1的台面上沿直线滑动，同时可通过所述主台车1上的升降装置上下升降。所述显示器5通过显示器支撑结构安装在主台车1上，所述显示器支撑结构可通过线性模组在主台车1台面上沿直线滑动，同时可通过所述主台车1上的升降装置上下升降。

线性模组和升降装置均是为了方便调节到某一个合适的位置，以便进行种植手术。

线性模组是一种直线传动装置，主要有两种方式：一种是滚珠丝杠和直线导轨组成，另一种是用同步带及同步带轮组成。其使用范围广，安装方便，精度高，以为广大的用户所接受，省去了自己制作直线运动的机构的具体环节。升降装置可以选择液压式、螺杆式、丝杠等成熟的结构。需要特别说明的是，线性模组和升降装置均是现有技术，可以市购，其具体的结构和不作为本发明的保护点，在此不作详细的说明。

实施例6：

本实施例提供了一种自动种植牙机器人的应用方法，包括如下步骤：

将置有可塑形材料同时连接自动配准装置的口内定位夹具7戴在患者口腔内待种植牙处拍摄CBCT，CBCT数据传输至控制***4，控制***4分析所述CBCT数据后自动生成完整的种植方案，或者控制***4分析CBCT数据后由医生设计种植方案；

取下所述自动配准装置，口内定位夹具7和种植***3分别连接定位追踪装置，光学追踪定位仪器6识别口内定位夹具7上的定位追踪装置，以光学追踪定位仪器6为原点的空间坐标作为真实三维空间坐标，真实三维空间坐标和CBCT图像坐标配准，然后光学定位追踪仪器6识别种植***3的定位追踪装置，将种植***3的坐标与真实三维空间坐标配准；或者光学追踪定位仪器6同时识别口内定位夹具7以及种植***3的定位追踪装置，实现自动配准；

移动所述种植***3，定位追踪装置与光学追踪定位仪器6配合记录口腔和所述种植***3的位移，光学追踪定位仪器6将追踪到的信息反馈至所述控制***4，所述控制***4控制所述种植***3随口腔移动，并驱动所述种植***3进行种植手术。

具体地说，控制***4内存储有预设图像，该预设图像包含以下信息：显影片10与口内定位夹具7的位置关系、定位追踪装置与口内定位夹具7的位置关系，以及定位追踪装置的定位追踪标记的位置。而拍摄的CBCT图像是包括病人手术部位的规划图像，该规划图像包括显影片10的像素点。拍摄的CBCT数据被传输至控制***4后，控制***4根据规划图像中显影片10的像素点，以及显影片10与定位追踪装置的定位追踪标记的位置关系，确定定位追踪装置的定位追踪标记在规划图像中的位置；根据定位追踪装置的定位追踪标记在规划图像中的位置，以及光学追踪定位仪器6识别的定位追踪装置的定位追踪标记的位置信息，确定规划图像中的位置与光学追踪定位仪器6识别的位置信息的第一对应关系；根据第一对应关系，以及光学追踪定位仪器6识别的位置信息与空间位置的第二对应关系(控制***4中预先存储有光学追踪定位仪器6识别的位置信息与空间位置的第二对应关系，或者，控制***4通过执行相关指令，获取了光学追踪定位仪器6识别的位置信息与空间位置的第二对应关系)，确定规划图像中的像素点与空间位置的第三对应关系；获取规划的手术工具的入路点在规划图像中的位置以及规划的手术工具的***方向；根据第三对应关系以及入路点在规划图像中的位置，确定入路点的空间位置；控制种植***3运动，使种植***3上的手术工具尖端点的空间位置与入路点的空间位置对应，并使手术工具的轴向和规划路径的轴向一致。

需要特别说明的是，自动配准装置是由可显影且无明显伪影的材料制成的立体结构，例如显影片。定位追踪装置是是具有识别特征的且可以被光学追踪定位仪器6识别的部件。

实施例7：

在实施例6的基础上，如图5和图6所示，所述种植***3在进行种植手术时需通过种植钻针对种植牙钻孔，钻孔时通过种植钻针配准装置12对种植钻针进行配准定位，所述种植手机设有第一定位追踪标记，所述种植钻针配准装置12设有第二追踪定位标记12.1a，所述光学追踪定位仪器6追踪第一定位追踪标记和第二追踪定位标记12.1a并传输至所述控制***4，所述控制***4确定种植钻针的直径、种植钻针相对于种植手机的方向和种植钻针针尖位置，并实时反应到CBCT影像上，完成对种植钻针的配准定位。

具体的，作为优选，本实施例中的种植钻针配准装置12为Y形板状部件(并不限于此形状，也可以为其他形状，如十字形)，所述Y形板状部件的两个分支部所在同一平面的表面分别设有第二追踪定位标记，其中一个分支部还设有垂直于所述平面的定位销12.1b，所述定位销12.1b设有配合所述种植手机的凹部12.5，所述凹部12.5中心设有突出的细长柱体，所述Y形板状部件的主杆部开设一个或多个不同直径的通孔。

如图5所示，本实施例的种植钻针配准装置12包括位于同一基体平面上的定位追踪标记部12.1和钻针检测部12.2，定位追踪标记部12.1的基体表面设有第二定位追踪标记12.1a，且定位追踪标记部12.1设有垂直于基体平面的定位销12.1b；钻针检测部12.2表面开设一个或多个不同直径的通孔，且所述钻针检测部的表面设有钻针定位点。钻针检测部12.2的基体包括平行夹持的上、下平板，其中上平板12.21开设一个或多个不同直径的通孔12.21a，下平板12.22设有与通孔12.21a位置相对应的一个或多个限位检测孔12.22a。

本实施例中，定位销12.1b位于两个分支部的其中一个分支12.3上，即设置于Y型板状部件上部的一侧，该设计方便操作者手持另外一个分支12.3来进行方向校准，充分满足了操作的便利性。当然地，定位销12.1b也可以位于该两个分支12.3的另外一个分支12.3上，并且基体也不仅仅限于本实施例所列举的Y型板状部件的形状。钻针检测部12.2位于Y型板状部件的下部主杆12.4上，钻针检测部12.2由相对平行的两部分平板夹持而成，其上平板12.21上设有一个或多个不同直径的通孔12.21a，当设有多个通孔12.21a时，各个通孔12.21a的直径不同，从而能够对不同钻针的直径进行检测；各个通孔12.21a可以呈行列或星盘状分布，且相邻的通孔12.21a的直径顺次递增或递减，可以在有限的空间内最大限度地设置数量多的通孔12.21a。当钻针***通孔12.21a并抵接下平板12.22时，利用限位检测孔12.22a对针尖的位置进行限位(如图6所示)，以避免钻针发生位置偏移，操作上十分便利。

本实施例的定位追踪标记部12.1上至少设有三个第二定位追踪标记12.1a，第二定位追踪标记12.1a各自包括可被追踪的特征点，至少三个特征点便于确定本装置相对于种植手机的基体平面。本实施例的种植手机上的第一定位追踪标记，以及种植钻针配准装置12上的第二定位追踪标记12.1a为一个或多个具有特征点的黑白图形，具体的，第二定位追踪标记12.1a在Y性板状部件的两个分支头部和相接处各自设置一个具有特征点的黑白图形，使得配准定位更为准确。

本实施例中，当种植手机头部为圆柱体时，凹部12.5呈圆形，而当种植手机头部为方柱体或者其他不规则体形状时，该凹部12.5相对应的呈方形或者不规则形状，以便与种植手机头部互相契合，从而起到限位的作用，防止种植手机相对于该定位销12.1b发生滑动或偏移，同时，通常在种植手机的尖端会嵌有突出安装面的喷水管等设备，该凹部12.5的设计能够避免突出设备造成的干涉，使得种植手机可以更好地***定位销12.1b。进一步地，在该凹部12.5的作为定位销12.1b来***种植手机的钻针***孔中。操作时，首先将定位销12.1b***种植手机的钻针***孔中，使得钻针***孔的中心轴垂直于基体平面，从而进行方向校准，确保种植钻针安装到种植手机上之后也能够与基体平面相垂直，方便对钻针相对于种植手机的方向和位置进行识别。

本实施例的种植钻针配准装置12的应用方法是：

确定***孔方向，将定位销***种植手机上的钻针***孔，使得钻针***孔的中心轴垂直于基体平面，追踪种植手机的第一定位追踪标记和牙科种植钻针配准装置上的第二定位追踪标记，根据两个定位追踪标记各自所确定的空间坐标系之间的位置关系，得到钻针相对于种植手机的方向；安装种植钻针，将钻针针尾安装在钻针***孔中；确定针尖位置，将钻针针尖对准钻针定位点，追踪种植手机的第一定位追踪标记和钻针定位点，根据钻针定位点和第一定位追踪标记所确定的空间坐标系之间的位置关系，得到钻针针尖相对于种植手机的位置；计算钻针长度，根据钻针相对于种植手机的方向和钻针针尖相对于种植手机的位置，从而计算钻针的长度；确定钻针直径，将钻针针尖***通孔，根据通孔的直径来确定钻针的直径。

综上所述，本发明提供的这种自动种植牙机器人及其应用方法，自动种植牙机器人由主台车和副台车两部分组成，副台车上安装着光学追踪定位仪器，光学追踪定位仪器可以根据种植需要精准移动实现对具有识别特征的部件的追踪；同时，本发明还提供了种植钻针配准装置和口内定位夹具，其中，口内定位夹具通过锁紧后的扣锁和固化后的可塑形材料能够形成很好的固位和定位效果，只需连续两颗牙齿即可获得足够的固位力；种植钻针配准装置可以很方便地确定钻针的直径、钻针相对于种植手机的方向和针尖位置，以便通过追踪种植手机上的第一定位追踪给标记来将钻针的位置实时反应到CBCT影像上，实现牙科种植手术的可视化，同时当再次进行钻针更换时，无需重新对钻针方向进行校准，从而能够缩短配准时间，提高手术效率，具有很高的实用价值。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。

Claims (9)

1.一种自动种植牙机器人，其特征在于：包括电连接的主台车(1)和副台车(2)，所述主台车(1)上安装有种植***(3)、控制***(4)和显示器(5)，所述副台车(2)上安装有光学追踪定位仪器(6)，所述光学追踪定位仪器(6)通过刚性连接在口内定位夹具(7)上的定位追踪装置进行配准，所述光学追踪定位仪器(6)追踪所述种植***(3)以及定位追踪装置的位置并将追踪信号发送至所述控制***(4)，所述控制***(4)根据所述追踪信号来控制种植***(3)在种植区域内的种植操作并通过所述显示器(5)实时显示；

所述主台车(1)上还安装有不间断电源UPS(8)，所述不间断电源UPS(8)连接着隔离变压器(9)并向所述控制***(4)供电。

2.如权利要求1所述的自动种植牙机器人，其特征在于：所述口内定位夹具(7)是夹持在患者口腔内缺牙处并通过内置的可塑形材料印出牙齿模型的装置，且所述口内定位夹具(7)固位在连续两颗牙齿上，所述口内定位夹具(7)包括固定件(7.1)和活动件(7.2)，所述固定件(7.1)和活动件(7.2)通过驱动部件连接，所述驱动部件连接固定件(7.1)和活动件(7.2)构成可夹紧牙齿的锁扣。

3.如权利要求2所述的自动种植牙机器人，其特征在于：所述固定件(7.1)呈┐形，活动件(7.2)呈∣形，所述固定件(7.1)和活动件(7.2)的端部卡接形成∩形结构，所述∩形结构的两个底边分别向彼此相对的内侧弯曲突出形成相对的固定勾(7.3)和从动勾(7.4)，所述固定勾(7.3)和从动勾(7.4)配合构成可锁固牙齿的∩形扣锁(7.5)，所述驱动部件为锁紧螺栓(7.7)，所述锁紧螺栓(7.7)穿过固定件(7.1)推动固定件(7.1)与活动件(7.2)的连接面控制∩形扣锁(7.5)的锁紧强度。

4.如权利要求2所述的自动种植牙机器人，其特征在于：所述固定件(7.1)为U形座，活动件(7.2)为□形座，所述□形座穿套在U形座的其中一个竖向壁上，另外一个竖向壁与□形座位于U形座U形口内的侧壁构成可锁固牙齿的平板扣锁，所述驱动部件为锁紧螺栓(7.7)，所述锁紧螺栓(7.7)穿过□形座与U形座的穿套部分推动□形座位于U形座U形口内的侧壁控制平板扣锁的锁紧强度。

5.如权利要求1所述的自动种植牙机器人，其特征在于：所述定位装置包括自动配准装置或定位追踪装置，所述自动配准装置是由可显影且无明显伪影的材料制成的立体结构，所述定位追踪装置是具有追踪定位标记的且可被光学追踪定位仪器(6)识别实现追踪定位的部件。

6.如权利要求1所述的自动种植牙机器人，其特征在于：所述种植***(3)包括机械臂，所述机械臂前端安装种植手机，所述种植手机前端设置有钻针，所述机械臂通过机械臂支撑结构安装在所述主台车(1)上，所述机械臂支撑结构可通过线性模组在所述主台车(1)的台面上沿直线滑动，同时可通过所述主台车(1)上的升降装置上下升降。

7.如权利要求1所述的自动种植牙机器人，其特征在于：所述显示器(5)通过显示器支撑结构安装在主台车(1)上，所述显示器支撑结构可通过线性模组在主台车(1)台面上沿直线滑动，同时可通过所述主台车(1)上的升降装置上下升降。

8.一种如权利要求1～7中任一权利要求所述的自动种植牙机器人的应用方法，其特征在于，包括如下步骤：

将置有可塑形材料同时连接自动配准装置的所述口内定位夹具(7)戴在患者口腔内待种植牙处拍摄CBCT，CBCT数据传输至所述控制***(4)，所述控制***(4)分析所述CBCT数据后自动生成完整的种植方案，或者控制***(4)分析CBCT数据后由医生设计种植方案；

取下所述自动配准装置，所述口内定位夹具(7)和所述种植***(3)分别连接定位追踪装置，所述光学追踪定位仪器(6)识别所述口内定位夹具(7)上的定位追踪装置，以光学追踪定位仪器(6)为原点的空间坐标作为真实三维空间坐标，真实三维空间坐标和CBCT图像坐标配准，然后所述光学定位追踪仪器(6)识别种植***(3)的定位追踪装置，将所述种植***(3)的坐标与真实三维空间坐标配准；或者光学追踪定位仪器(6)同时识别口内定位夹具(7)以及种植***(3)的定位追踪装置，实现自动配准；

移动所述种植***(3)，所述定位追踪装置与所述光学追踪定位仪器(6)配合记录口腔和所述种植***(3)的位移，所述光学追踪定位仪器(6)将追踪到的信息反馈至所述控制***(4)，所述控制***(4)控制所述种植***(3)随口腔移动，并驱动所述种植***(3)进行种植手术。

9.如权利要求8所述的自动种植牙机器人的应用方法，其特征在于，所述种植***(3)在进行种植手术时需通过种植钻针对种植牙钻孔，钻孔时通过种植钻针配准装置(12)对种植钻针进行配准定位，所述种植手机设有第一定位追踪标记，所述种植钻针配准装置(12)设有第二追踪定位标记(12.1a)，所述光学追踪定位仪器(6)追踪第一定位追踪标记和第二追踪定位标记(12.1a)并传输至所述控制***(4)，所述控制***(4)确定种植钻针的直径、种植钻针相对于种植手机的方向和种植钻针针尖位置，并实时反应到CBCT影像上，完成对种植钻针的配准定位。

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