CN112137744A - 兼具光学导航功能的数字化种植导板及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
一种兼具光学导航功能的数字化种植导板及其使用方法，该数字化种植导板包括一本体及至少一定位件；该本体可活动地设置于病患口腔的牙弓上，该定位件设置于该本体的侧边。通过对病患进行口腔断层扫描，取得多个断层扫描图像，同时拍摄该种植导板及定位件，以取得该种植导板的空间向量V1，即可在一显示设备上呈现该断层扫描图像、种植导板及人体的口腔状况。
Description
技术领域
本发明关于一种牙科的数字化种植导板，特别是关于一种兼具光学导航功能的数字化种植导板及其使用方法。
背景技术
随着图像处理技术、定位辅助设备的发展，牙科已实现将计算机辅助定位的技术导入植牙手术之中。传统上，通过术前患者2D(二维)口腔扫描影像数据，进行图像处理萃取颚骨组织部位，利用数字元模型重建算法重建模型，并加载规划软件进行植体规划与设计定位辅助装置，最后利用机械加工方式产出定位辅助装置，而形成类似植牙板的装置。此种装置在手术中可以提供物理性的固定钻孔方向，但在手术中依旧是依施术者的主观置入患者口内，而无法针对当下患者口腔内状况做调整且植入时的深度亦须反复确认，更重要的是针对全口无牙的患者，初始固定植牙板时误差即会增加许多。
又或者是通过手术前患者2D口腔扫描影像数据，进行图像处理萃取颚骨组织部位，利用数字元模型重建算法重建模型，并加载规划软件进行植体规划，最后进行虚拟植***置与真实患者颚骨定位。利用光学定位装置或屏幕的显示，牙医师即可在手术中针对患者当时病况进行适当调整植体设计以及位置的调整，但是，由于并没有一个类似植牙板的实体导引组件，因此无法提供牙医师一个稳定物理性的固定钻孔方向。
此外，牙医师在进行口腔医疗诊断时，常需要采用医疗造影设备来取得的病人颚骨的空间信息，或是使用口内扫描来取得口控牙齿的分布状况信息；然而，因为造影设备或口内扫描设备本身截取影像信息时不可避免地会产生误差，使牙医师在进行植牙手术时产生空间尺寸或角度上的误判，提升手术风险，可能产生医疗纠纷。
综合上述现行技术的缺点可知，目前的已知技术并无法提供正确、稳定、可实时(Real-time)监控的植牙环境，再加上设备本身的精度不足，造成牙医师植牙时宁可自行摸索植牙的植入深度、角度，也不愿意相信计算机辅助设备。
因此，如何改进计算机辅助设备的方便性、提高精准度，这是本领域具有通常知识者努力的目标。
发明内容
本发明的目的在数字牙科***或屏幕显示器上显示牙医师植牙手术进行的实时(Real-time)视频，并将其迭置于断层扫描图像之上，使牙医师在手术进行时，可以清楚地看到牙槽骨底下的手术部位，避免伤到病患的鼻窦部位或下颚牙神经。
本发明另一目的在提升数字牙科***或屏幕显示器上，显示断层扫描图像的尺寸大小精准度，防止牙医师误判人体组织器官的尺寸，或断层扫描图像的大小，而危及植牙手术，进而伤到病患的鼻窦部位或下颚牙神经。
为了解决上述及其他问题，本发明提供一种兼具光学导航功能的数字化种植导板，其包括有一本体及至少一定位件，该本体可活动地设置于病患口腔的牙弓上，该定位件设置于该本体的侧边。
如上所述兼具光学导航功能的数字化种植导板，其中，该本体区分为靠外的唇侧及靠内的舌侧，该定位件有多个，且分布固设于该本体的唇侧。
如上所述兼具光学导航功能的数字化种植导板，其中，该本体区分为靠外的唇侧及靠内的舌侧，且该本体的唇侧上设置有至少一插设孔，该定位件可活动地***至该插设孔。
如上所述兼具光学导航功能的数字化种植导板，其中，该定位件上设置有一反光镜。
为了解决上述及其他问题，本发明提供一种兼具光学导航功能的数字化种植导板的使用方法，其使用上述的数字化种植导板，其中，该数字化种植导板的使用方法包括：步骤S101：对病患进行口腔断层扫描，以取得多个断层扫描图像；步骤S102：计算并取得多个断层扫描图像的多个图层向量；步骤S103：对该种植导板的定位件拍摄，以取得该种植导板的空间向量；步骤S104：在显示设备上呈现牙科病患的口腔状况图像或影片；步骤S105：在显示设备上选择性地呈现并迭置该种植导板的影像、定位件的影像及其空间向量；步骤S106：以该定位件的空间向量方向为基准，对比至多个断层扫描图像的图层向量；步骤S107：计算并呈现至少一最接近该空间向量的断层扫描图像的图层向量；以及步骤S108：在显示设备上选择性地呈现并迭置该最接近图层向量的断层扫描图像。
如上所述兼具光学导航功能的数字化种植导板的使用方法，其中，更包括步骤S109：选择至少一警示部位；步骤S110：显示或标示出该警示部位；以及步骤S111：当一植牙钻头接近该警示部位时，发出一警示信号。在进一步的实施例中，该步骤S109通过人工手动方式选择，或者通过该断层扫描图像的色阶比对而得到。
如上所述兼具光学导航功能的数字化种植导板的使用方法，其中，该种植导板的周边固设有至少一指标物件，该使用方法更包括下列：步骤S201：取得该指标物件实际尺寸；步骤S202：以该指标物件的尺寸比对该断层扫描图像；步骤S203：依比对结果设定并校正该断层扫描图像的缩放比例。
如上所述兼具光学导航功能的数字化种植导板的使用方法，其中，该种植导板的周边固设有多个指标物件，该使用方法更包括下列：步骤S301：取得相异两个指标物件实际间距；步骤S302：以该两个指标物件的实际间距比对该断层扫描图像；步骤S303：依比对结果设定并校正该断层扫描图像的缩放比例。
藉此，本发明兼具光学导航功能的数字化种植导板及其使用方法，可以让数字牙科***或屏幕显示器上显示牙医师植牙手术进行的实时(Real-time)视频，并将其迭置于断层扫描图像之上，让牙医师在手术进行时，可以清楚地看到牙槽骨底下的手术部位，避免伤到病患的鼻窦部位或下颚牙神经；同时，也可以提升断层扫描图像的显示尺寸精准度，防止牙医师误判人体组织器官的尺寸，或断层扫描图像的大小，而危及植牙手术，进而伤到病患的口腔脆弱部位。
为了能更进一步了解本发明为达成既定目的所采取的技术、方法及功效，请参阅以下有关本发明的详细说明、图式，相信本发明的目的、特征与特点，当可由此得以深入且具体的了解，然而所附图式与附件仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
图1为本发明计算机辅助定位导航***、数字牙科***及数字化种植导板的结构示意图；
图2为本发明数字牙科***的结构方块图；
图3为本发明数字化种植导板的结构示意图；
图4为本发明数字化种植导板用于牙科手术的使用示意图；
图5为本发明兼具光学导航功能的数字化种植导板的使用方法流程图；
图6为本发明数字牙科***及数字种植导板用于牙科手术的使用示意图；
图7为本发明数字牙科***显示口腔实时(Real-time)影像的状况示意图；
图8为本发明数字牙科***显示计算机断层扫描图像的状况示意图；
图9为本发明数字牙科***同时显示口腔实时影像及计算机断层扫描图像的状况示意图；
图10、图12为本发明数字牙科***进行尺寸校正的方法流程图；
图11、图13为本发明数字牙科***进行尺寸校正的屏幕显示状况图。
附图标记说明：410-计算机辅助定位导航***；411-数字牙科***；412-植牙规划软件；414-虚拟口腔模型；416-植牙导引规划；421-种植导板；422-本体；423-定位件；424-插设孔；425-反光镜；431-光学捕获设备；441-显示设备；91-植牙钻头；93-指标物件；L1-直径；L2-实际间距；R1-唇侧；R2-舌侧；V1-空间向量。
具体实施方式
为了详细说明本发明的技术特点所在，兹举以下的较佳实施例并配合图式说明如后。如图1所示，本发明第一较佳实施例所提供的一种用于植牙的计算机辅助定位导航***410，主要由一数字牙科***411、一种植导板421、至少一光学捕获设备431以及一显示设备441所组成。如图1所示，该计算机辅助定位导航***410设置有一个光学捕获设备431，在其他实施例中，为了提升侦测到的方位、角度的精准度，可以设置两或三个光学捕获设备431，用以让该植牙规划软件412捕捉多个不同空间点的位置信息，再通过三维(3-Dimension)空间补偿计算而得出较高精准度的坐标讯息。该显示设备441，电性连接于该数字牙科***411。于本实施例中，该显示设备441为一屏幕。该光学捕获设备431，电性连接于该数字牙科***411。
请同时参阅图2，该数字牙科***411内部安装有一植牙规划软件412，该数字牙科***411用以加载患者口腔的扫描影像数据及计算机断层(Computed Tomography)影像数据，并执行该植牙规划软件412来将该口腔的扫描及计算机断层影像数据加载并转换为一虚拟口腔模型414，并依据该虚拟口腔模型414来规划找出植牙手术的最佳植入导航路径，进而形成一植牙导引规划416。
请参阅图3与图4，该种植导板421依据该数字牙科***411里的虚拟口腔模型414而设计出一数字构造，再将该数字构造通过3D打印或翻模(Model manufacturing)的方式，来实际制造出一实体构造而做为该种植导板421；藉此，该数字构造与该虚拟口腔模型414的空间关系即与该种植导板421与患者的口腔内空间关系互相对应。该种植导板421包括有一本体422及一定位件423，该本体422靠外为唇侧R1，靠内为舌侧R2，该本体422的唇侧R1上设置有一插设孔424，该定位件423可活动地***至该插设孔424，进而使该定位件423设置于该本体422的唇侧R1周边。该定位件423上设置有一反光镜425。当该定位件423以特定的角度***至该本体422上的插设孔424时，该定位件423与该种植导板421的角度固定、相对空间关系也固定，所以，只要该光学捕获设备431拍摄该定位件423或该反光镜425，即可计算并取得该定位件423、该反光镜425的空间信息(例如位置坐标、角度方向)，进而让该数字牙科***411取得该种植导板421的位置坐标及角度向量。如图4所示，当牙医师在进行植牙手术时，即可将该种植导板421放入病患的口中，让该患者以口咬持该种植导板421，该种植导板421的本体422即可被安置于病患口腔的牙弓上。
请同时参阅图5，该数字牙科***411藉由该光学捕获设备431来进行影像撷取。例如，该光学捕获设备431如果是计算机断层扫描仪，即可以对病患进行口腔断层扫描，以取得多个断层扫描图像(步骤S101)，其扫描撷取到的影像内容包括有牙槽骨底下的牙神经、鼻窦腔结构状况图或上颚骨、下颚骨分布图，亦即，病患口腔及颚骨的空间分布图。一般而言，该断层扫描图像的其中一种实施例可以是DICOM图像(Digital Imaging andCommunications in Medicine，医疗数字影像传输协议)，这是一种医疗通用的标准图像协议，其常用的场合包括医学影像的处理、储存、打印、传输…等。在众多的医疗检测、校验、侦测、监控设施之间，可以使用DICOM格式的图像来互通有无，并达到医疗影像、病人数据的接收与交换，而方便生理、医学状况的判读。在实际使用上，DICOM格式的图像因为使用了相同的数字格式标准，所以可以整合至不同厂商的医疗影像仪器、服务器、工作站、打印机和网络设备之中，也因而被医院广泛地采用。在其他实施例中，上述断层扫描图像当然也可以是其他不同的数字格式。之后，该数字牙科***411即可计算并取得多个断层扫描图像的多个图层向量(步骤S102)。
如果该光学捕获设备431是光学扫描仪，即可以对该种植导板421的定位件423拍摄，以取得该种植导板421的空间向量V1(步骤S103)。如图4与图6所示，该光学捕获设备431可以对准病患的口腔及其周边，用以拍摄口腔内部或是牙医师植牙时的植牙钻头91(Surgical drill)；因为该种植导板421是紧配合地安装于病患口腔的牙槽骨之上，而该定位件423、反光镜425则是以固定的空间关系而结合于该种植导板421周边；因此，该种植导板421的本体422与定位件423或反光镜425的相对位置可测且固定，只要对该种植导板421的定位件423或反光镜425拍摄，在取得该定位件423或反光镜425的空间信息后，再通过该数字牙科***411或该植牙规划软件412的计算，即可得到该种植导板421、病患牙齿、牙龈及牙槽骨的空间信息(轮廓分布的空间位置状况)。
在图3、图4实施例中，该定位件423及该插设孔424的数目为一个；在其他较佳实施例中，该定位件423及该插设孔424的数目也可以是多个，如此一来，该光学捕获设备431就可以撷取到多个不同位置、不同角度的反光镜425，用以计算出更为精准的空间坐标向量关系，尽可能地消除量测误差、病患晃动误差，使该被侦测的种植导板421的空间位置、角度，达到更精准的效果。
如图7所示，在撷取了断层扫描图像并计算得知口腔内牙龈、牙齿、牙槽骨的轮廓位置之后，该数字牙科***411即可单独地在显示设备441上呈现牙科病患的口腔状况图像或影片(步骤S104)，并选择性地呈现、迭置该种植导板421的影像、定位件423的影像及其空间向量V1(步骤S105)；在此，该步骤S104、S105所呈现、迭置的影像，为该光学捕获设备431所拍摄的影像，所以当然也包括了病患牙齿、牙龈及牙槽骨的空间位置，以及该植牙钻头91的空间位置。
如图8所示，当牙科医师进行植牙手术时，即可通过该数字牙科***411的工作计算，来让该植牙规划软件412实时地(Real-time)更新该植牙导引规划416，并让该显示设备441显示出更新后的虚拟口腔模型414的位置，以及相对应的植牙导引规划416。在此，该植牙导引规划416可以是一钻孔导引线，当牙医师从该显示设备441上看到该植牙导引规划416的钻孔导引线时，即可与自己手上的器械相比对，来确认钻孔方向、角度、植入深度是否正确。在此，由于显示了患者的计算机断层影像数据转换后的虚拟口腔模型414，因此可控制该数字牙科***411的植牙规划软件412，来选择性地显示出患者口腔附近的重点体组织，例如鼻窦或神经管路，牙医师即可藉此来检视所规划钻孔的深度或位置是否对患者而言仍属安全。
如此一来，该数字牙科***411的植牙规划软件412，可以仅仅呈现病串的口腔、种植导板421、定位件423及其空间向量V1的实时(Real-time)影片，如图7所示。也可以仅呈现断层扫描图像及其转换后的虚拟口腔模型414，以及该植牙规划软件412所产生的植牙导引规划416，如图8所示。更可以以该定位件423的空间向量V1方向为基准，对比至多个断层扫描图像的图层向量(步骤S106)，然后计算并呈现至少一最接近该空间向量V1的断层扫描图像的图层向量(步骤S107)，而用以在该显示设备441上选择性地呈现并迭置该最接近图层向量的断层扫描图像(步骤S108)，使该数字牙科***411可以将断层扫描图像的虚拟口腔模型414及其植牙导引规划416迭置在病患口腔、种植导板421、定位件423及其空间向量V1之上，如图9所示。
在进一步地实施例中，还可以在该数字牙科***411上加装警示的功能；例如，在图8或图9的该植牙规划软件412上允许牙科医师选择至少一警示部位(步骤S109)，并让其显示或标示出该警示部位(步骤S110)，如此一来，当一植牙钻头接近该警示部位时，即可发出一警示信号(步骤S111)，用以通知牙医师停止钻牙的动作。这样可以提高植牙手术的安全度。在此，该步骤S109的警示部位，可以是下颚的牙神经，也可以是上颚的鼻窦腔，因为该警示部位是人体结构中脆弱且可能遭受重大生理损伤的部位；该警示部位的选择，可以通过人工手动方式来让牙医师选择，也可以是通过该数字牙科***411来比对断层扫描图像的色阶而得到。
还有，传统上医疗影像上取的尺寸信息，会因为机器公差、量测偏差或机件组件老化等因素，不可避免地会使实际的人体组织尺寸与截取断层扫描图像内的人体组图图像尺寸有所差异。这些小小的误差，可能会造成牙医师看错鼻窦腔的间距，也有可能导致估测下颚神经走向、长度的失准，这都可能危害整个植牙手术的进行。因此，为了使真实的人体组织尺寸与机器截取的医疗影像尺寸互相吻合，本发明更利用该种植导板421来提高断层扫描图像的取像精准度。
如图10、图11所示，本发明的种植导板421的周边更进一步地固设有至少一指标物件93，在操作数字牙科***411时，牙医师首先取得该指标物件93实际尺寸(步骤S201)；其取得该指标物件93的方式，通过该数字牙科***411里的鼠标指针来点击该圆形指标物件93轮廓的两端点，用以标示出该指标物件93的直径L1大小。再来，以该指标物件93的尺寸比对该断层扫描图像(步骤S202)；最后，依比对结果设定并校正该断层扫描图像的缩放比例(步骤S203)。如此一来，通过人工手段来标示该指标物件93的量测尺寸，以作为该断层扫描图像的参考尺寸大小，即可用来修正该断层扫描图像的显示比例及显示大小，进而使该断层扫描图像在该数字牙科***411里，呈现出接近该指标物件93尺寸比例的图像，让该指标物件93的显示尺寸与该断层扫描图像的显示尺寸尽可能地保持一致。在此，该指标物件93较佳是一正圆形的金属球，如此可以在X光射线上显示出与人体组织及骨头都不相同的颜色，方便该操作数字牙科***411的操作人员判别。
另外，本发明利用该种植导板421来进行该断层扫描图像的尺寸校正，还可以有其他实施例。请参阅图12、图13，该种植导板421的周边固设有多个指标物件93，在较佳实施例中，该指标物件93平均分布于该种植导板421的最左端部至最右端部。在操作数字牙科***411时，牙医师首先取得相异两个指标物件93实际间距L2(步骤S301)；其取得相异两指标物件93的实际间距L2的方式，通过该数字牙科***411里的鼠标指针来点击两相异圆形指标物件93的轮廓，用以标示出该指标物件93的实际间距L2的大小。再来，以该两个指标物件93的实际间距L2比对该断层扫描图像(步骤S302)；最后，依比对结果设定并校正该断层扫描图像的缩放比例(步骤S303)。如此一来，通过人工手段来标示相邻两指标物件93或相异两指标物件93的实际间距L2，以作为该断层扫描图像的参考尺寸大小，即可用来修正该断层扫描图像的显示比例及显示大小，进而使该断层扫描图像在该数字牙科***411里，呈现出接近该指标物件93的实际间距L2的尺寸比例的图像，让该指标物件93实际间距L2的显示尺寸与该断层扫描图像的显示尺寸尽可能地保持一致。
藉此，该数字牙科***411除了于该显示设备441上显示该虚拟口腔模型414以及该植牙导引规划416之外，还在该显示设备441上显示实际拍摄到的患者口部附近的影像，同时使该虚拟口腔模型414以及该植牙导引规划416迭置于患者口部附近的影像。由于该光学捕获设备431可以持续不间断地扫描或撷取该种植导板421、该定位件423的位置信息及其空间向量V1，所以该种植导板421及病患口腔的空间信息就可以被实时地抓取并显示在该植牙规划软件412上，使该虚拟口腔模型414的空间轮廓及结构状况可以显示于该显示设备441上。亦即，该虚拟口腔模型414可以显示出病患口腔、牙槽骨、鼻窦及上下颚神经管路的空间相对位置，同时，该植牙导引规划416也可以被显示于该显示设备441上。再加上，本发明进一步利用该植牙导板421的指标物件93来进行该断层扫描图像的显示尺寸校准，用以提升跨机具、跨平台、跨接口的尺寸标准一致化，进而提高精准度。如此一来，牙医师就可从显示设备441上看到该虚拟口腔模型414，也可以知道口腔、牙槽骨、鼻窦及上下颚神经管路的空间相对位置，从而调整其植牙手术的钻孔方式，进而辅助植牙的动作更为准确及安全，避免伤及病患的鼻窦或下颚神经。
本发明以实施例说明如上，然其并非用以限定本发明所主张的专利权利范围。其专利保护范围当视后附的申请专利范围及其等同领域而定。凡本领域具有通常知识者，在不脱离本专利精神或范围内，所作的更动或润饰，均属于本发明所揭示精神下所完成的等效改变或设计，且应包含在下述的申请专利范围内。
Claims (9)
1.一种兼具光学导航功能的数字化种植导板，其特征在于，包括：
一本体(422)，该本体(422)可活动地设置于病患口腔的牙弓上；以及
至少一定位件(423)，该定位件(423)设置于该本体(422)的侧边。
2.如权利要求1所述的兼具光学导航功能的数字化种植导板，其特征在于，该本体(422)区分为靠外的唇侧(R1)及靠内的舌侧(R2)，该定位件(423)有多个，且分布固设于该本体(422)的唇侧(R1)。
3.如权利要求1所述的兼具光学导航功能的数字化种植导板，其特征在于，该本体(422)区分为靠外的唇侧(R1)及靠内的舌侧(R2)，且该本体(422)的唇侧(R1)上设置有至少一插设孔(424)，该定位件(423)可活动地***至该插设孔(424)。
4.如权利要求1所述的兼具光学导航功能的数字化种植导板，其特征在于，该定位件(423)上设置有一反光镜(425)。
5.一种兼具光学导航功能的数字化种植导板的使用方法，其特征在于，其使用上述权利要求1所述的种植导板，该数字化种植导板的使用方法包括步骤：
S101：对病患进行口腔断层扫描，以取得多个断层扫描图像；
S102：计算并取得多个断层扫描图像的多个图层向量；
S103：对该种植导板(421)的定位件(423)拍摄，以取得该种植导板(421)的空间向量(V1)；
S104：在显示设备(441)上呈现牙科病患的口腔状况图像或影片；
S105：在显示设备(441)上选择性地呈现并迭置该种植导板(421)的影像、定位件(423)的影像及其空间向量(V1)；
S106：以该定位件(423)的空间向量(V1)方向为基准，对比至多个断层扫描图像的图层向量；
S107：计算并呈现至少一最接近该空间向量(V1)的断层扫描图像的图层向量；以及
S108：在显示设备(441)上选择性地呈现并迭置该最接近图层向量的断层扫描图像。
6.如权利要求5所述的兼具光学导航功能的数字化种植导板的使用方法，其特征在于，更包括：
步骤S109：选择至少一警示部位；
步骤S110：显示或标示出该警示部位；及
步骤S111：当一植牙钻头(91)接近该警示部位时，发出一警示信号。
7.如权利要求6所述的兼具光学导航功能的数字化种植导板的使用方法，其特征在于，步骤S109通过人工手动方式选择，或者通过该断层扫描图像的色阶比对而得到。
8.如权利要求5所述的兼具光学导航功能的数字化种植导板的使用方法，其特征在于，该种植导板(421)的周边固设有至少一指标物件(93)，该使用方法更包括下列步骤：
步骤S201：取得该指标物件(93)实际尺寸；
步骤S202：以该指标物件(93)的尺寸比对该断层扫描图像；
步骤S203：依比对结果设定并校正该断层扫描图像的缩放比例。
9.如权利要求5所述的兼具光学导航功能的数字化种植导板的使用方法，其特征在于，该种植导板(421)的周边固设有多个指标物件(93)，该使用方法更包括下列步骤：
步骤S301：取得相异两个指标物件(93)实际间距(L2)；
步骤S302：以该两个指标物件(93)的实际间距(L2)比对该断层扫描图像；
步骤S303：依比对结果设定并校正该断层扫描图像的缩放比例。
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