TWM589538U

TWM589538U - 兼具光學導航功能的數位化種植導板及種植系統

Info

Publication number: TWM589538U
Application number: TW108208989U
Authority: TW
Inventors: 林振義; 蔡松棋; 鄭文正
Original assignee: 林振義; 蔡松棋; 鄭文正
Priority date: 2019-07-10
Filing date: 2019-07-10
Publication date: 2020-01-21

Abstract

一種兼具光學導航功能的數位化種植導板及種植系統，該數位化種植導板包括一本體及至少一定位件；該本體可活動地設置於病患口腔的牙弓上，該定位件設置於該本體的側邊。透過對病患進行口腔斷層掃描，取得多個斷層掃描圖像，同時拍攝該種植導板及定位件，以取得該種植導板的空間向量V1，即可在一顯示裝置上呈現該斷層掃描圖像、種植導板及人體的口腔狀況。

Description

兼具光學導航功能的數位化種植導板及種植系統

本新型係關於一種牙科的數位化種植導板，特別是關於一種兼具光學導航功能的數位化種植導板及數位化種植系統

隨著影像處理技術、定位輔助設備的發展，牙科已實現將電腦輔助定位的技術導入植牙手術之中。傳統上，透過術前患者2D(二維)口腔掃瞄影像資料，進行影像處理萃取顎骨組織部位，利用數位元模型重建演算法重建模型，並載入規劃軟體進行植體規劃與設計定位輔助裝置，最後利用機械加工方式產出定位輔助裝置，而形成類似植牙板的裝置。此種裝置在手術中可以提供物理性的固定鑽孔方向，但在手術中依舊是依施術者的主觀置入患者口內，而無法針對當下患者口腔內狀況做調整且植入時的深度亦須反覆確認，更重要的是針對全口無牙的患者，初始固定植牙板時誤差即會增加許多。

又或者是透過手術前患者2D口腔掃瞄影像資料，進行影像處理萃取顎骨組織部位，利用數位元模型重建演算法重建模型，並載入規劃軟體進行植體規劃，最後進行虛擬植體位置與真實患者顎骨定位。利用光學定位裝置或螢幕的顯示，牙醫師即可在手術中針對患者當時病況進行適當調整植體設計以及位置的調整，但是，由於並沒有一個類似植牙板的實體導引元件，因此無法提供牙醫師一個穩定物理性的固定鑽孔方向。

此外，牙醫師在進行口腔醫療診斷時，常需要採用醫療造影設備來取得的病人顎骨的空間資訊，或是使用口內掃描來取得口控牙齒的分佈狀況資訊；然而，因為造影設備或口內掃描設備本身截取影像資訊時不可避免地會產生誤差，使牙醫師在進行植牙手術時產生空間尺寸或角度上的誤判，提昇手術風險，可能產生醫療糾紛。

綜合上述現行技術的缺點可知，目前的已知技術並無法提供正確、穩定、可即時(Real-time)監控的植牙環境，再加上設備本身的精度不足，造成牙醫師植牙時寧可自行摸索植牙的植入深度、角度，也不願意相信電腦輔助設備。

因此，如何改進電腦輔助設備的方便性、提高精準度，這是本領域具有通常知識者努力的目標。

本新型的目的在數位牙科系統或螢幕顯示器上顯示牙醫師植牙手術進行的即時(Real-time)視頻，並將其疊置於斷層掃描圖像之上，使牙醫師在手術進行時，可以清楚地看到牙槽骨底下的手術部位，避免傷到病患的鼻竇部位或下顎牙神經。

本新型另一目的在提昇數位牙科系統或螢幕顯示器上，顯示斷層掃描圖像的尺寸大小精準度，防止牙醫師誤判人體組織器官之尺寸，或斷層掃描圖像的大小，而危及植牙手術，進而傷到病患的鼻竇部位或下顎牙神經。

為了解決上述及其他問題，本新型提供一種兼具光學導航功能的數位化種植導板，其包括有一本體及至少一定位件，該本體可活動地設置於病患口腔的牙弓上，該定位件設置於該本體的側邊。

如上所述兼具光學導航功能的數位化種植導板，其中，該本體區分為靠外的唇側及靠內的舌側，該定位件有複數個，且分佈固設於該本體的唇側。

如上所述兼具光學導航功能的數位化種植導板，其中，該本體區分為靠外的唇側及靠內的舌側，且該本體的唇側上設置有至少一插設孔，該定位件可活動地***至該插設孔。

如上所述兼具光學導航功能的數位化種植導板，其中，該定位件上設置有一反光鏡。

為了解決上述及其他問題，本新型又提供一種兼具光學導航功能的數位化種植系統，其包括有一上述的種植導板、一光學擷取裝置、一數位牙科系統及一顯示裝置；該光學擷取裝置用以拍攝該種植導板周邊的即時影像，該數位牙科系統用以接收處理該光學擷取裝置所拍攝的影像，該顯示裝置用以呈現該數位牙科系統及該光學擷取裝置所拍攝的影像。

如上所述兼具光學導航功能的數位化種植系統，其中，該本體區分為靠外的唇側及靠內的舌側，該定位件有複數個，且分佈固設於該本體的唇側。

如上所述兼具光學導航功能的數位化種植系統，其中，該本體區分為靠外的唇側及靠內的舌側，且該本體的唇側上設置有至少一插設孔，該定位件可活動地***至該插設孔。

如上所述兼具光學導航功能的數位化種植系統，其中，該定位件上設置有一反光鏡。

藉此，本新型兼具光學導航功能的數位化種植導板及其使用方法，可以讓數位牙科系統或螢幕顯示器上顯示牙醫師植牙手術進行的即時(Real-time)視頻，並將其疊置於斷層掃描圖像之上，讓牙醫師在手術進行時，可以清楚地看到牙槽骨底下的手術部位，避免傷到病患的鼻竇部位或下顎牙神經；同時，也可以提昇斷層掃描圖像的顯示尺寸精準度，防止牙醫師誤判人體組織器官之尺寸，或斷層掃描圖像的大小，而危及植牙手術，進而傷到病患的口腔脆弱部位。

為了能更進一步瞭解本新型為達成既定目的所採取之技術、方法及功效，請參閱以下有關本新型之詳細說明、圖式，相信本新型之目的、特徵與特點，當可由此得以深入且具體之瞭解，然而所附圖式與附件僅提供參考與說明用，並非用來對本新型加以限制者。

410‧‧‧電腦輔助定位導航系統

411‧‧‧數位牙科系統

412‧‧‧植牙規劃軟體

414‧‧‧虛擬口腔模型

416‧‧‧植牙導引規劃

421‧‧‧種植導板

422‧‧‧本體

423‧‧‧定位件

424‧‧‧插設孔

425‧‧‧反光鏡

431‧‧‧光學擷取裝置

441‧‧‧顯示裝置

91‧‧‧植牙鑽頭

93‧‧‧指標物件

L1‧‧‧直徑

L2‧‧‧實際間距

R1‧‧‧唇側

R2‧‧‧舌側

V1‧‧‧空間向量

圖1為本新型電腦輔助定位導航系統、數位牙科系統及數位化種植導板的結構示意圖；圖2為本新型數位牙科系統的結構方塊圖；圖3為本新型數位化種植導板的結構示意圖；圖4為本新型數位化種植導板用於牙科手術的使用示意圖；圖5為本新型兼具光學導航功能的數位化種植導板的使用方法流程圖；圖6為本新型數位牙科系統及數位種植導板用於牙科手術的使用示意圖；圖7為本新型數位牙科系統顯示口腔即時(Real-time)影像的狀況示意圖；圖8為本新型數位牙科系統顯示電腦斷層掃描圖像的狀況示意圖；圖9為本新型數位牙科系統同時顯示口腔即時影像及電腦斷層掃描圖像的狀況示意圖；圖10、圖12為本新型數位牙科系統進行尺寸校正的方法流程圖；圖11、圖13為本新型數位牙科系統進行尺寸校正的螢幕顯示狀況圖。

為了詳細說明本新型之技術特點所在，茲舉以下之較佳實施例並配合圖式說明如後。如圖1所示，本新型第一較佳實施例所提供之一種用於植牙之電腦輔助定位導航系統410，主要由一數位牙科系統411、一種植導板421、至少一光學擷取裝置431以及一顯示裝置441所組成。如圖1所示，該電腦輔助定位導航系統410設置有一個光學擷取裝置431，在其他實施例中，為了提昇偵測到的方位、角度之精准度，可以設置兩或三個光學擷取裝置431，用以讓該植牙規劃軟體412捕捉多個不同空間點的位置信息，再透過三維(3-Dimension)空間補償計算而得出較高精准度的坐標訊息。該顯示裝置441，電性連接於該數位牙科系統411。於本實施例中，該顯示裝置441係為一螢幕。該光學擷取裝置431，係電性連接於該數位牙科系統411。

請同時參閱圖2，該數位牙科系統411內部安裝有一植牙規劃軟體412，該數位牙科系統411係用以載入患者口腔的掃瞄影像資料及電腦斷層(Computed Tomography)影像資料，並執行該植牙規劃軟體412來將該口腔的掃瞄及電腦斷層影像資料載入並轉換為一虛擬口腔模型414，並依據該虛擬口腔模型414來規劃找出植牙手術的最佳植入導航路徑，進而形成一植牙導引規劃416。

請參閱圖3與圖4，該種植導板421係依據該數位牙科系統411裏的虛擬口腔模型414而設計出一數位構造，再將該數位構造通過3D列印或翻模(Model manufacturing)的方式，來實際製造出一實體構造而做為該種植導板421；藉此，該數位構造與該虛擬口腔模型414的空間關係即與該種植導板421與患者的口腔內空間關係互相對應。該種植導板421包括有一本體422及一定位件423，該本體422靠外為唇側R1，靠內為舌側R2，該本體422的唇側R1上設置有一插設孔424，該定位件423可活動地***至該插設孔424，進而使該定位件423設置於該本體422的唇側R1 周邊。該定位件423上設置有一反光鏡425。當該定位件423以特定的角度***至該本體422上的插設孔424時，該定位件423與該種植導板421的角度固定、相對空間關係也固定，所以，只要該光學擷取裝置431拍攝該定位件423或該反光鏡425，即可計算並取得該定位件423、該反光鏡425的空間信息(例如位置座標、角度方向)，進而讓該數位牙科系統411取得該種植導板421的位置座標及角度向量。如圖4所示，當牙醫師在進行植牙手術時，即可將該種植導板421放入病患的口中，讓該患者以口咬持該種植導板421，該種植導板421的本體422即可被安置於病患口腔的牙弓上。

請同時參閱圖5，該數位牙科系統411係藉由該光學擷取裝置431來進行影像擷取。例如，該光學擷取裝置431如果是電腦斷層掃描儀，即可以對病患進行口腔斷層掃描，以取得多個斷層掃描圖像(步驟S101)，其掃描擷取到的影像內容包括有牙槽骨底下的牙神經、鼻竇腔結構狀況圖或上顎骨、下顎骨分佈圖，亦即，病患口腔及顎骨的空間分佈圖。一般而言，該斷層掃描圖像的其中一種實施例可以是DICOM圖像(Digital Imaging and Communications in Medicine，醫療數位影像傳輸協定)，這是一種醫療通用的標準圖像協定，其常用的場合包括醫學影像的處理、儲存、列印、傳輸…等。在眾多的醫療檢測、校驗、偵測、監控設施之間，可以使用DICOM格式的圖像來互通有無，並達到醫療影像、病人資料的接收與交換，而方便生理、醫學狀況的判讀。在實際使用上，DICOM格式的圖像因為使用了相同的數位格式標準，所以可以整合至不同廠商的醫療影像儀器、伺服器、工作站、列印機和網路設備之中，也因而被醫院廣泛地採用。在其他實施例中，上述斷層掃描圖像當然也可以是其他不同的數位格式。之後，該數位牙科系統411即可計算並取得多個斷層掃描圖像的多個圖層向量(步驟S102)。

如果該光學擷取裝置431是光學掃描儀，即可以對該種植導板421的定位件423拍攝，以取得該種植導板421的空間向量V1(步驟S103)。如圖4與圖6所示，該光學擷取裝置431可以對准病患的口腔及其周邊，用以拍攝口腔內部或是牙醫師植牙時的植牙鑽頭91(Surgical drill)；因為該種植導板421是緊配合地安裝於病患口腔的牙槽骨之上，而該定位件423、反光鏡425則是以固定的空間關係而結合於該種植導板421周邊；因此，該種植導板421的本體422與定位件423或反光鏡425之相對位置可測且固定，只要對該種植導板421的定位件423或反光鏡425拍攝，在取得該定位件423或反光鏡425的空間信息後，再透過該數位牙科系統411或該植牙規劃軟體412的計算，即可得到該種植導板421、病患牙齒、牙齦及牙槽骨的空間信息(輪廓分佈的空間位置狀況)。

在圖3、圖4實施例中，該定位件423及該插設孔424的數目為一個；在其他較佳實施例中，該定位件423及該插設孔424的數目也可以是多個，如此一來，該光學擷取裝置431就可以擷取到多個不同位置、不同角度的反光鏡425，用以計算出更為精準的空間座標向量關係，儘可能地消除量測誤差、病患晃動誤差，使該被偵測的種植導板421的空間位置、角度，達到更精準的效果。

如圖7所示，在擷取了斷層掃描圖像並計算得知口腔內牙齦、牙齒、牙槽骨的輪廓位置之後，該數位牙科系統411即可單獨地在顯示裝置441上呈現牙科病患的口腔狀況圖像或影片(步驟S104)，並選擇性地呈現、疊置該種植導板421的影像、定位件423的影像及其空間向量V1(步驟S105)；在此，該步驟S104、S105所呈現、疊置的影像，為該光學擷取裝置431所拍攝的影像，所以當然也包括了病患牙齒、牙齦及牙槽骨的空間位置，以及該植牙鑽頭91的空間位置。

如圖8所示，當牙科醫師進行植牙手術時，即可透過該數位牙科系統411的工作計算，來讓該植牙規劃軟體412即時地(Real-time)更新該植牙導引規劃416，並讓該顯示裝置441顯示出更新後的虛擬口腔模型414的位置，以及相對應的植牙導引規劃416。在此，該植牙導引規劃416可以是一鑽孔導引線，當牙醫師從該顯示裝置441上看到該植牙導引規劃416的鑽孔導引線時，即可與自己手上的器械相比對，來確認鑽孔方向、角度、植入深度是否正確。在此，由於顯示了患者之電腦斷層影像資料轉換後的虛擬口腔模型414，因此可控制該數位牙科系統411的植牙規劃軟體412，來選擇性地顯示出患者口腔附近的重點體組織，例如鼻竇或神經管路，牙醫師即可藉此來檢視所規劃鑽孔的深度或位置是否對患者而言仍屬安全。

如此一來，該數位牙科系統411的植牙規劃軟體412，可以僅僅呈現病串的口腔、種植導板421、定位件423及其空間向量V1的即時(Real-time)影片，如圖7所示。也可以僅呈現斷層掃描圖像及其轉換後的虛擬口腔模型414，以及該植牙規劃軟體412所產生的植牙導引規劃416，如圖8所示。更可以以該定位件423的空間向量V1方向為基准，對比至多個斷層掃描圖像的圖層向量(步驟S106)，然後計算並呈現至少一最接近該空間向量V1的斷層掃描圖像的圖層向量(步驟S107)，而用以在該顯示裝置441上選擇性地呈現並疊置該最接近圖層向量的斷層掃描圖像(步驟S108)，使該數位牙科系統411可以將斷層掃描圖像的虛擬口腔模型414及其植牙導引規劃416疊置在病患口腔、種植導板421、定位件423及其空間向量V1之上，如圖9所示。

在進一步地實施例中，還可以在該數位牙科系統411上加裝警示的功能；例如，在圖8或圖9的該植牙規劃軟體412上允許牙科醫師選擇至少一警示部位(步驟S109)，並讓其顯示或標示出該警示部位(步驟S110)，如此一來，當一植牙鑽頭接近該警示部位時，即可發出一警示信號(步驟S111)，用以通知牙醫師停止鑽牙的動作。這樣可以提高植牙手術的安全度。在此，該步驟S109的警示部位，可以是下顎的牙神經，也可以是上顎的鼻竇腔，因為該警示部位是人體結構中脆弱且可能遭受重大生理損傷的部位；該警示部位的選擇，可以透過人工手動方式來讓牙醫師選擇，也可以是透過該數位牙科系統411來比對斷層掃描圖像的色階而得到。

還有，傳統上醫療影像上取的尺寸資訊，會因為機器公差、量測偏差或機件元件老化等因素，不可避免地會使實際的人體組織尺寸與截取斷層掃描圖像內的人體組圖圖像尺寸有所差異。這些小小的誤差，可能會造成牙醫師看錯鼻竇腔的間距，也有可能導致估測下顎神經走向、長度的失準，這都可能危害整個植牙手術的進行。因此，為了使真實的人體組織尺寸與機器截取的醫療影像尺寸互相吻合，本新型更利用該種植導板421來提高斷層掃描圖像的取像精準度。

如圖10、圖11所示，本新型的種植導板421的周邊更進一步地固設有至少一指標物件93，在操作數位牙科系統411時，牙醫師首先取得該指標物件93實際尺寸(步驟S201)；其取得該指標物件93的方式，係透過該數位牙科系統411里的滑鼠指標來點擊該圓形指標物件93輪廓的兩端點，用以標示出該指標物件93的直徑L1大小。再來，以該指標物件93的尺寸比對該斷層掃描圖像(步驟S202)；最後，依比對結果設定並校正該斷層掃描圖像的縮放比例(步驟S203)。如此一來，透過人工手段來標示該指標物件93的量測尺寸，以作為該斷層掃描圖像的參考尺寸大小，即可用來修正該斷層掃描圖像的顯示比例及顯示大小，進而使該斷層掃描圖像在該數位牙科系統411裡，呈現出接近該指標物件93尺寸比例的圖像，讓該指標物件93的顯示尺寸與該斷層掃描圖像的顯示尺寸儘可能地保持一致。在此，該指標物件93較佳是一正圓形的金屬球，如此可以在X光射線上顯示出與人體組織及骨頭都不相同的顏色，方便該操作數位牙科系統411的操作人員判別。

另外，本新型利用該種植導板421來進行該斷層掃描圖像的尺寸校正，還可以有其他實施例。請參閱圖12、圖13，該種植導板421的周邊固設有多個指標物件93，在較佳實施例中，該指標物件93係平均分佈於該種植導板421的最左端部至最右端部。在操作數位牙科系統411時，牙醫師首先取得相異二指標物件93實際間距L2(步驟S301)；其取得相異兩指標物件93的實際間距L2的方式，係透過該數位牙科系統411里的滑鼠指標來點擊兩相異圓形指標物件93的輪廓，用以標示出該指標物件93的實際間距L2的大小。再來，以該二指標物件93的實際間距L2比對該斷層掃描圖像(步驟S302)；最後，依比對結果設定並校正該斷層掃描圖像的縮放比例(步驟S303)。如此一來，透過人工手段來標示相鄰兩指標物件93或相異兩指標物件93的實際間距L2，以作為該斷層掃描圖像的參考尺寸大小，即可用來修正該斷層掃描圖像的顯示比例及顯示大小，進而使該斷層掃描圖像在該數位牙科系統411裡，呈現出接近該指標物件93的實際間距L2之尺寸比例的圖像，讓該指標物件93實際間距L2的顯示尺寸與該斷層掃描圖像的顯示尺寸儘可能地保持一致。

藉此，該數位牙科系統411除了於該顯示裝置441上顯示該虛擬口腔模型414以及該植牙導引規劃416之外，還在該顯示裝置441上顯示實際拍攝到的患者口部附近的影像，同時使該虛擬口腔模型414以及該植牙導引規劃416疊置於患者口部附近的影像。由於該光學擷取裝置431可以持續不間斷地掃描或擷取該種植導板421、該定位件423的位置信息及其空間向量V1，所以該種植導板421及病患口腔的空間信息就可以被即時地抓取並顯示在該植牙規劃軟體412上，使該虛擬口腔模型414的空間輪廓及結構狀況可以顯示於該顯示裝置441上。亦即，該虛擬口腔模型414可以顯示出病患口腔、牙槽骨、鼻竇及上下顎神經管路的空間相對位置，同時，該植牙導引規劃416也可以被顯示於該顯示裝置441上。再加上，本新型進一步利用該植牙導板421的指標物件93來進行該斷層掃描圖像的顯示尺寸校准，用以提昇跨機具、跨平台、跨介面的尺寸標準一致化，進而提高精準度。如此一來，牙醫師就可從顯示裝置441上看到該虛擬口腔模型414，也可以知道口腔、牙槽骨、鼻竇及上下顎神經管路的空間相對位置，從而調整其植牙手術的鑽孔方式，進而輔助植牙的動作更為準確及安全，避免傷及病患的鼻竇或下顎神經。

本新型以實施例說明如上，然其並非用以限定本新型所主張之專利權利範圍。其專利保護範圍當視後附之申請專利範圍及其等同領域而定。凡本領域具有通常知識者，在不脫離本專利精神或範圍內，所作之更動或潤飾，均屬於本新型所揭示精神下所完成之等效改變或設計，且應包含在下述之申請專利範圍內。