口腔定位器及种植牙机器人系统的制作方法

1.本发明实施例涉及种植牙技术领域，尤其涉及一种口腔定位器及种植牙机器人系统。


背景技术：

2.在口腔种植牙手术过程中，需要在口腔内佩戴口腔定位器以实现手术过程中的实时导航。
3.相关技术中的口腔定位器，为了实现方便安装拆卸，定位球和/或红外反光球先安装在对应的支架上，支架再安装在口腔定位器的本体上，由于支架在安装在本体的过程中不可避免的存在安装误差，导致定位球和红外反光球之间的位置关系存在误差，从而造成定位球确定的坐标系与红外反光球确定的坐标系之间的匹配关系并不精确，直接影像了手术过程中的导航精度。因此亟需一种口腔定位器能够在方便安装拆卸的前提下实现高精度定位导航。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供一种口腔定位器及种植牙机器人系统，用以实现口腔定位器能够在方便安装拆卸的前提下实现高精度定位导航。
5.一方面，本发明实施例提供了一种口腔定位器，包括支架、夹具、定位球以及红外反光球，所述支架为一体结构，包括用于伸入口腔内的固定部、用于裸露在口腔外的定位部以及连接所述固定部和所述定位部的连接部；所述夹具设置在所述固定部上，包括固定臂、夹紧臂、调整臂以及紧定螺丝，所述夹紧臂可转动地安装在所述固定部上，用于通过转动靠近所述固定臂以夹持磨牙或牙弓；所述调整臂与所述夹紧臂连接，所述调整臂上设置有螺纹孔；所述紧定螺丝螺纹连接在所述螺纹孔上，且所述紧定螺丝的一端穿过所述螺纹孔抵顶在所述固定部上，用于通过紧定螺丝的旋进或旋出驱动所述夹紧臂转动；所述定位球安装在所述固定部上，用于确定三维医学图像坐标系与所述口腔定位器坐标系的关系；所述红外反光球安装在所述定位部上，用于确定所述口腔定位器坐标系在空间中的位置。
6.可选地，所述定位球至少包括不共面的定位球a、定位球b、定位球c和定位球d，所述定位球a和所述定位球b之间的距离为ab，所述定位球b和所述定位球d之间的距离为bd，所述定位球c和所述定位球d之间的距离为cd，所述定位球a和所述定位球c之间的距离为ac，其中ab＞bd＞cd＞ac。
7.可选地，所述口腔定位器还包括至少一个校验球，所述校验球与所述定位球a、定位球b、定位球c、定位球d的距离均小于bd且大于cd。
8.可选地，ab≤38mm。
9.可选地，ac＞5mm。
10.可选地，所述三维医学图像的层间距为e，所述定位球组中各距离按大小顺序排列后，相邻两个距离之间的差值大于等于。
11.可选地，所述定位球a、定位球b、定位球c和定位球d中的一个设置在所述调整臂的下端。
12.可选地，所述口腔定位器包括三个定位球，所述三个定位球两两之间的距离互不相同。
13.可选地，所述定位球和/或所述校验球为金属钛球。
14.可选地，所述红外反光球包括四个红外反光球，以所述四个红外反光球的球心为顶点连接形成一个完全不对称四边形。
15.可选地，所述固定臂与所述支架为一体结构。
16.可选地，所述固定臂和所述夹紧臂相对的侧面上设置有自凝树脂。
17.可选地，所述固定臂和/或所述夹紧臂上与所述自凝树脂对应的位置上设置有防滑槽。
18.可选地，所述支架上设置有标定锥窝，用于检验车针长度。
19.可选地，所述支架的连接部为直线型结构，所述夹具用于夹持牙弓。
20.可选地，所述支架的连接部为弯折型结构，所述夹具用于夹持磨牙。
21.另一方面，本发明实施例提供了一种种植牙机器人系统，包括如上任一项所述的口腔定位器。
22.本发明实施例提供的口腔定位器，支架为一体结构，降低了定位球与红外反光球之间的位置误差，从而降低了定位球确定的坐标系与红外反光球确定的坐标系之间的转换误差，进而提高了手术过程中的导航精度。并且通过夹具将口腔定位器安装在磨牙位置或牙弓位置的牙齿上，同时满足了方便拆卸的要求，且口腔定位器在清洗、消毒后可以重复利用。
附图说明
23.图1为本发明实施例提供的一种口腔定位器的结构示意图；图2为本发明实施例提供的一种口腔定位器安装在磨牙上的示意图；图3为本发明实施例提供的另一种口腔定位器的结构示意图；图4为本发明实施例提供的另一种口腔定位器安装在牙弓上的示意图；图5为本发明实施例提供的口腔定位器的夹具结构示意图一；图6为本发明实施例提供的口腔定位器的夹具结构示意图二；图7为本发明实施例提供的口腔定位器的夹具在松开状态下的剖视图；图8为本发明实施例提供的口腔定位器的夹具在夹紧状态下的剖视图。
24.附图标记：115
‑
手机；116
‑
车针；11711
‑
支架；
11714
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定位球；11716
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夹具；117161
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夹紧臂；117162
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固定臂；117163
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调整臂；117164
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紧定螺丝；117165
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自凝树脂；11717
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红外反光球。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.种植牙手术前，通常需要患者拍摄口腔的三维医学图像，例如锥形束电子计算机扫描（cone beam computed tomography，简称cbct）图像，以获取待手术部位的位置及状态。为了实现种植牙机器人系统手术过程中的实时导航，从而使手机能够精准、高效的到达待手术部位，需要将三维医学图像的坐标系与口腔定位器坐标系匹配起来，然后将口腔定位器坐标系与手机运动坐标系匹配起来。
27.具体实现方法为，将设有定位球和红外反光球的口腔定位器佩戴在患者磨牙位置或牙弓位置的牙齿上，然后拍摄三维医学图像。定位球在三维医学图像中的影像称为标记点，通过识别标记点并确定标记点与定位球的一一对应关系，将三维医学图像坐标系与定位球确定的坐标系匹配起来。手术过程中，导航台车通过实时获取红外反光球的位置，将红外反光球确定的口腔定位器坐标系与手机运动坐标系匹配起来。由于定位球和红外反光球都设置在口腔定位器上，因此定位球和红外反光球之间的位置关系是确定的，也就是说定位球确定的坐标系与红外反光球确定的坐标系之间的匹配关系是确定的，从而实现了三维医学图像坐标系与手机运动坐标系的匹配。
28.相关技术中的口腔定位器，为了实现方便安装拆卸，定位球和/或红外反光球先安装在对应的支架上，支架再安装在口腔定位器的本体上，由于支架在安装在本体的过程中不可避免的存在安装误差，导致定位球和红外反光球之间的位置关系存在误差，从而造成定位球确定的坐标系与红外反光球确定的坐标系之间的匹配关系并不精确，直接影像了手术过程中的导航精度。
29.鉴于此，本发明实施例提供了一种口腔定位器，定位球和红外反光球直接安装在一体结构的支架上，从而降低了定位球和红外反光球的安装误差，提高了导航精度。
30.下面结合附图对本发明实施例提供的口腔定位器进行详细说明。
31.图1为本发明实施例提供的一种口腔定位器的结构示意图；图2为本发明实施例提供的一种口腔定位器安装在磨牙上的示意图；图3为本发明实施例提供的另一种口腔定位器的结构示意图；图4为本发明实施例提供的另一种口腔定位器安装在牙弓上的示意图；图5为本发明实施例提供的口腔定位器的夹具结构示意图一；图6为本发明实施例提供的口腔
定位器的夹具结构示意图二；图7为本发明实施例提供的口腔定位器的夹具在松开状态下的剖视图；图8为本发明实施例提供的口腔定位器的夹具在夹紧状态下的剖视图。
32.如图1至图8所示，本发明实施例提供的口腔定位器包括支架11711、夹具11716、定位球11714以及红外反光球11717。使用时，口腔定位器通过夹具11716安装在磨牙位置或牙弓位置的牙齿上，使定位球11714位于口腔内部，红外反光球11717位于口腔外部。定位球11714用于在三维医学图像中成像为标记点，从而可以根据标记点确定定位球确定的坐标系与三维医学图像的坐标系的转换关系。红外反光球11717用于在手术过程中被种植牙机器人系统实时识别，从而实时获取红外反光球11717确定的坐标系。
33.支架11711为口腔定位器的骨架，用于支撑并安装夹具11716、定位球11714、红外反光球11717等。支架11711包括固定部、定位部以及连接固定部和定位部的连接部。固定部用于安装定位球11714，使用时固定部连同定位球11714伸入口腔内，定位部用于安装红外反光球11717，使用时定位部连同红外反光球11717裸露在口腔外。本发明实施例中支架11711为一体结构，降低了定位球11714和红外反光球11717之间的位置误差，即提高了定位球11714确定的坐标系与红外反光球11717确定的坐标系之间的转换精度，从而提供了种植牙手术过程中的导航精度。
34.在一些实施方式中，如图1和图2所示，支架11711的连接部为弯折型结构，夹具11716用于夹持磨牙。此时口腔定位器为磨牙口腔定位器。弯折型支架11711可以合理避让嘴角，提高佩戴的舒适度。
35.在一些实施方式中，如图3和图4所示，支架11711的连接部为直线型结构，夹具11716用于夹持牙弓。此时口腔定位器为牙弓口腔定位器。连接部位直线型结构使口腔定位器的结构更加简单，安装更加方便。
36.在一些实施方式中，支架11711上设置有标定锥窝，用于检验车针116长度。首次加装车针116或者每次更换车针116后，都需要检验车针116长度，从而确定车针116是否安装正确。具体操作方法为：将装好车针116的手机115向佩戴好的口腔定位器移动，使车针116尖端抵住标定锥窝的中心，然后点击种植牙机器人系统屏幕中的检验车针116按钮，系统会自动算出车针116的长度并报告车针116是否安装正确。标定锥窝的直径依据最大车针116直径确定，大于等于最大车针116直径，可选地标定锥窝的直径为5.5mm，尖端角度大于等于140
°
。可选地，标定锥窝临近定位球11714设置，以降低标定误差。
37.夹具11716设置在固定部上，通过夹持磨牙或牙弓从而固定支架11711。夹具11716包括固定臂117162、夹紧臂117161、调整臂117163以及紧定螺丝117164。
38.夹紧臂117161可转动地安装在固定部上，用于通过转动靠近固定臂117162以夹持磨牙或牙弓。示例性地，如图7和图8所示，夹紧臂117161通过销轴可转动地安装在固定部上。固定臂117162固定设置在固定部上，也就是说仅夹紧臂117161可以转动，降低了活动零件的数量，使结构更加简单。进一步地，在一些实施方式中，固定臂117162与支架11711一体结构，降低了零件的数量，使安装和维修更加方便。当然，固定臂117162和夹紧臂117161也可以先组装在一起，然后整体安装在支架11711上。
39.在一些实施方式中，固定臂117162和夹紧臂117161相对的侧面上设置有自凝树脂117165。安装口腔定位器时，夹紧臂117161和固定臂117162夹紧，使自凝树脂117165与牙齿接触并包裹部分牙齿表面直至自凝树脂117165凝固。这样既提高了固定效果，又防止固定
臂117162和夹紧臂117161直接接触牙齿。
40.进一步地，在一些实施方式中，固定臂117162和夹紧臂117161的至少一个上与自凝树脂117165对应的位置上设置有防滑槽。增加了自凝树脂117165与固定臂117162、夹紧臂117161之间的摩擦力。
41.调整臂117163与夹紧臂117161一体连接，使调整臂117163和夹紧臂117161整体呈杠杆结构，从而可以通过驱动调整臂117163使夹紧臂117161朝向或背离固定臂117162转动，实现夹具11716的夹紧状态和松开状态的切换。如图所示，调整臂117163上设置有螺纹孔，紧定螺丝117164螺纹连接在螺纹孔上，且紧定螺丝117164的一端穿过螺纹孔抵顶在固定部上，通过紧定螺丝117164的旋进或旋出驱动夹紧臂117161转动。使用紧定螺丝117164驱动调整臂117163转动使口腔定位器的安装和拆卸更加方便。调整臂117163与夹紧臂117161还可以是其他方式的固定连接，能现在驱动调整臂117163时夹紧臂117161朝向或背离固定臂117162转动即可。
42.本发明实施例提供的口腔定位器，支架11711为一体结构，降低了定位球11714与红外反光球11717之间的位置误差，从而降低了定位球11714确定的坐标系与红外反光球11717确定的坐标系之间的转换误差，进而提高了手术过程中的导航精度。并且通过夹具11716将口腔定位器安装在磨牙或牙弓上，同时满足了方便拆卸的要求，且口腔定位器在清洗、消毒后可以重复利用。
43.定位球11714安装在固定部上，使佩戴好的口腔定位器的定位球11714位于口腔内部。获取患者关于口腔的三维医学图像后，可以将三维医学图像中定位球11714的影像识别为标记点，并根据标记点确定口腔定位器的坐标系，从而确定三维医学图像图像坐标系与口腔定位器坐标系的关系。示例性地，定位球11714临近夹具11716设置。口腔定位器通过夹具11716安装在牙齿上后，形成悬臂结构，悬臂结构发生转动时越靠近固定点的位置位移量越小，将定位球11714临近夹具11716设置即临近固定点设置，可以降低误差，提高导航精度。
44.可选地，口腔定位器的定位球11714中至少包括不共面的定位球a、定位球b、定位球c和定位球d，四个不共面的定位球11714可以唯一确定一个坐标系，因此通过识别三维医学图像中代表四个定位球11714的标记点也可以唯一确定口腔定位器的坐标系。当然，定位球11714的数量还可以更多，定位球11714越多三维医学图像中的标记点越多，计算得到的口腔定位器的坐标系越准确。
45.在一些实施方式中，定位球a和定位球b之间的距离为ab，定位球b和定位球d之间的距离为bd，定位球c和定位球d之间的距离为cd，定位球a和定位球c之间的距离为ac，定位球a和定位球d之间的距离为ad，定位球b和定位球c之间的距离为bc，其中ab＞bd＞cd＞ac,距离bc、距离ad介于距离bd和cd之间，即小于距离bd，大于距离cd。
46.可选地，当定位球数量大于4个，其他定位球之间的距离以及其他定位球与定位球a、定位球b、定位球c和定位球d之间的距离介于距离bd和cd之间，即小于距离bd，大于距离cd。示例性地，口腔定位器包括定位球a、b、c、d、e，其中距离ab为最长距离，距离ac为最短距离，距离bd为第二长距离，距离dc为第二短距离，e与其他定位球之间的距离、距离bc、距离ad小于第二长距离，且大于第二短距离。
47.若定位球距离数列中的第一个距离等于标记点距离数列中第一个距离且定位球
距离数列中的最后一个距离等于标记点距离数列中最后一个距离，则标记点距离数列中第一个距离和最后一个距离的公共点对应定位球a，第一个距离中的另一个点对应定位球b，最后一个距离中的另一个点对应定位球c。
48.若定位球距离数列中的第二个距离等于标记点距离数列中第一个距离且定位球距离数列中的第二个距离等于标记点距离数列中最后一个距离，则标记点距离数列中第一个距离和最后一个距离的公共点对应定位球d，第一个距离中的另一个点对应定位球b，最后一个距离中的另一个点对应定位球c。
49.若定位球距离数列中的最后一个距离等于标记点距离数列中最后一个距离且定位球距离数列中的倒数第二个距离等于标记点距离数列中倒数第二个距离，则标记点距离数列中倒数第二个距离和最后一个距离的公共点对应定位球c，倒数第二个距离中的另一个点对应定位球d，最后一个距离中的另一个点对应定位球a。
50.若定位球距离数列中的第一个距离等于标记点距离数列中第一个距离且定位球距离数列中的第二个距离等于标记点距离数列中第二个距离，则标记点距离数列中第二个距离和第一个距离的公共点对应定位球b，第二个距离中的另一个点对应定位球d，第一个距离中的另一个点对应定位球a。
51.也就是说，从标记点距离数列中的前两个和后两个中选取两个标记点距离，并从定位球距离数列中的前两个和后两个中选取两个定位球距离，比对两个标记点距离和两个定位球距离确定对应两个标记点距离的三个标记点与对应两个定位球距离的三个定位球的一一对应关系。这样，不需要将标记点距离数列和定位球距离数列中所有距离都比对，降低计算的复杂程度。
52.其中，距离ab可以结合实际口腔定位器的尺寸要求灵活设置，可选地，ab≤38mm。距离ac可以结合x射线衍射及标记点识别算法的精度灵活设置，可选地，ac＞5mm。
53.在一些实施方式中，三维医学图像的层间距为e，各距离按大小顺序排列后，相邻两个距离之间的差值大于等于。当三维医学图像为cbct图像时，三维医学图像的尺寸计算精度可以为，将差值设置为大于等于计算精度可以使各个距离都能够被准确的区分开来，防止出现定位球11714识别错误的情况。
54.在一些实施方式中，所述定位球和/或所述校验球为金属钛球，具体为钛合金材质。
55.示例性地，定位球11714为直径为3mm的钛球，口腔定位器包括六个钛球，所有钛球两两之间的距离，最大距离与次大距离之间的差值大于等于3mm，次大距离与第三大距离的差值大于等于2mm，最小距离与次小距离的差值大于等于3mm，次小距离与第三小距离的差值大于等于2mm，其他距离在第三小距离和第三大距离之间。这样，拍摄的cbct图像，能减少钛球图像伪影的干扰，能更精确的计算出钛球布局的坐标系。
56.在一些实施方式中，口腔定位器还包括至少一个校验球，校验球与定位球a、定位球b、定位球c、定位球d的距离均小于bd且大于cd。在一些实施方式中，口腔定位器还可以包括至少一个校验球，校验球可以用于校验计算得到的口腔定位器的坐标系的准确性。
57.在一些实施方式中，定位球a、定位球b、定位球c和定位球d中的一个设置在调整臂117161的下端。
58.可选地，在一些实施方式中，口腔定位器包括三个定位球，三个定位球两两之间的
距离互不相同。
59.示例性地，口腔定位器包括定位球f、定位球g、定位球h，定位球f和定位球g之间的距离fg最大，定位球g和定位球h之间的距离gh最小。那么，若定位球距离数列中的第一个距离等于标记点距离数列中第一个距离且定位球距离数列中的最后一个距离等于标记点距离数列中最后一个距离，则标记点距离数列中第一个距离和最后一个距离的公共点对应定位球g，第一个距离中的另一个点对应定位球f，最后一个距离中的另一个点对应定位球h。
60.红外反光球11717安装在定位部上，用于确定口腔定位器坐标系在空间中的位置。种植牙手术过程中，种植牙机器人系统实时识别红外反光球11717，从而实时获取红外反光球11717确定的坐标系。
61.可选地，口腔定位器包括四个红外反光球11717，以四个红外反光球11717的球心为顶点连接形成一个完全不对称四边形。示例性地，如图1至图4所示，定位部呈“十”字结构，“十”字结构的四个端部均安装有一个红外反光球11717。这样可以使种植牙机器人系统通过识别红外反光球11717获取红外反光球确定的坐标系，提高了识别的准确率。另外，定位部如此设置既降低了支架11711的重量，也降低了红外反光小球识别过程中来自支架11711的干扰。当然，定位部还可以是四边形、三角形等其他形状。
62.另一方面，本发明实施例提供了一种种植牙机器人系统，包括如上任一项的口腔定位器。
63.本发明实施例提供种植牙机器人系统中的口腔定位器，支架为一体结构，降低了定位球与红外反光球之间的位置误差，从而降低了定位球确定的坐标系与红外反光球确定的坐标系之间的转换误差，进而提高了手术过程中的导航精度。并且通过夹具将口腔定位器安装在磨牙或牙弓上，同时满足了方便拆卸的要求。
64.最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
65.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
66.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。