牙科种植体植入精度测试装置及系统的制作方法

本实用新型涉及医疗设备技术领域，尤其涉及一种牙科种植体植入精度测试装置及系统。

背景技术：

种植手机是种牙手术中用来对颌骨钻孔、制备种植体窝洞的工具。医生在使用种植手机时，通常都是直接手持种植手机进行操作。由于口腔内部空间狭小且非直视，而整个治疗过程是局部麻醉下的精密操作，因此整个治疗过程中，不仅需要医生长时间弯腰低头操作，工作强度很大，而且对于经验不足的医生来说手术失败率较高。为了提高手术成功率、减轻医生的工作强度，国内外研究人员开发了种植机器人，利用种植机器人精准、灵活、微创等特点来提高种植精度与效果。

种植机器人植入种植体的精度需要考虑多个指标，如种植体颈部水平偏差、种植体颈部垂直偏差、种植体根端水平偏差、种植体根端垂直偏差以及种植体中心轴线角度偏差，因此亟需一种用于辅助种植机器人术前进行种植精度测试的装置。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种牙科种植体植入精度测试装置及系统，以辅助种植机器人在术前进行种植精度测试。

根据本实用新型第一方面实施例的牙科种植体植入精度测试装置，包括本体，所述本体的顶面形成有牙齿模型列，所述牙齿模型列包括多个规格不同的牙齿模型，多个所述牙齿模型沿所述本体的长度方向间隔设置，相邻两个所述牙齿模型之间开设有操作孔，所述操作孔的尺寸大于种植钻头的尺寸。

根据本实用新型实施例的牙科种植体植入精度测试装置就可使种植机器人在术前进行种植测试，以便后期利用测试形成的印模牙齿列获取种植精度。

另外，根据本实用新型实施例的牙科种植体植入精度测试装置，还可以具有如下附加技术特征：

根据本实用新型的一个实施例，所述本体的底面开设有与所述操作孔一一对应的清理孔，所述清理孔与对应的所述操作孔连通。

根据本实用新型的一个实施例，所述牙齿模型列的数量为多个，多个所述牙齿模型列沿所述本体的宽度方向依次设置。

根据本实用新型的一个实施例，所述操作孔由上至下呈渐缩状。

根据本实用新型的一个实施例，所述操作孔由拔模而成。

根据本实用新型的一个实施例，所述拔模角度为1～2度。

根据本实用新型第二方面实施例的牙科种植体植入精度测试系统，包括定位平台、种植机器人、导航仪、控制器以及上述所述的牙科种植体植入精度测试装置，所述本体固定在所述定位平台上，所述定位平台的顶面设有至少三个不共线的第一视觉标记，所述种植机器人的末端执行器设有至少三个不共线的第二视觉标记，所述第一视觉标记和所述第二视觉标记均位于所述导航仪的检测范围内，所述导航仪和所述种植机器人均与所述控制器电连接。

根据本实用新型的一个实施例，所述本体的底面形成定位凸台，所述定位平台上形成有与所述定位凸台配合的定位凹槽。

本实用新型实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：

本实用新型中的牙科种植体植入精度测试装置结构简单、操作便捷，测试时只需通过在操作孔中填充凝胶材料就可形成模拟颌骨，术前种植机器人便能在模拟颌骨钻设种植窝洞进行种植测试。在钻孔结束后向种植窝洞内充注印模材料、直至印模材料覆盖整个牙齿模型列。待印模材料凝固后从牙齿模型列上取下由印模材料凝固而成的印模牙齿列就可获得种植机器人实际的种植效果，将印模柱的形状和其在印模牙齿列上的位置与理想种植体的种植位置和形状进行比较便可获得种植机器人的种植精度。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图进行简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例中一种牙科种植体植入精度测试装置的结构示意图；

图2是本发明实施例中印模牙齿列的结构示意图；

图3是本发明实施例中对印模牙齿列的三维模型与虚拟种植三维模型进行匹配的示意图；

图4是本发明实施例中一种牙科种植体植入精度测试系统的结构示意图；

图5是本发明实施例中另一种牙科种植体植入精度测试系统的结构示意图；

图6是本发明实施例中牙科种植体植入精度测试装置的安装示意图。

附图标记：

1：本体；1.1：牙齿模型；1.2：操作孔；1.3：清理孔；

1.4：种植窝洞；1.5：定位凸台；2：印模牙齿列；2.1：印模柱；

2.2：印模牙齿曲面；3：种植机器人；3.1：末端执行器；

4：操作平台；5：夹具；6：定位平台；7：导航仪；

8：第一视觉标记；9：第二视觉标记；

10：印模牙齿列的三维模型；11：虚拟种植三维模型；

11.1：种植体；a：种植机器人坐标系；b：夹具坐标系；

c：定位平台坐标系；d：末端执行器坐标系；

e：导航仪坐标系。

具体实施方式

为使实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实用新型中的附图，对实用新型中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于实用新型保护的范围。

在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型实施例中的具体含义。

在本实用新型实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

结合图1和图2所示，本实施例提供了一种牙科种植体植入精度测试装置，该装置包括本体1，本体1优选通过3d打印而成，本体1的顶面形成有牙齿模型列，牙齿模型列包括多个规格不同的牙齿模型1.1，多个牙齿模型1.1沿本体1的长度方向间隔设置，相邻两个牙齿模型1.1之间开设有操作孔1.2，操作孔1.2的尺寸大于种植钻头的尺寸。其中，操作孔1.2的形状可以但不限于是圆形、椭圆形或多边形。

测试时：s1、在操作孔1.2中填充凝胶材料例如石膏，硬化后的凝胶材料就相当于人体颌骨，也就是说，此时凝胶材料为模拟颌骨。s2、控制种植机器人利用种植钻头在模拟颌骨上钻出种植窝洞1.4；s3、由于印模材料富有弹性，其流动性和可塑性好、凝固时间短，并且印模材料凝固后其形态和体积均无变化，因此种植机器人完成钻孔后，操作人员可向种植窝洞1.4内充注印模材料、直至印模材料覆盖整个牙齿模型列，也就是说，不仅种植窝洞1.4内要充满印模材料，所有牙齿模型1.1的表面也需要附着一层印模材料。s4、待印模材料凝固后，如图2所示，将由印模材料凝固而成的印模牙齿列2从牙齿模型列上取下。其中，印模牙齿列2包括印模牙齿曲面2.2和印模柱2.1，印模牙齿曲面2.2为印模材料附着在牙齿模型1.1表面形成的曲面结构，印模柱2.1为印模材料在种植窝洞内形成的柱状结构。s5、将印模柱2.1的形状和其在印模牙齿列2上的位置与理想种植体的种植位置和形状进行比较，由此便可获得种植机器人的种植精度。需要说明的是，步骤s5可以由多种方式实现，例如直接手动对印模柱2.1进行测量以获取印模柱2.1的形状尺寸以及印模柱2.1在印模牙齿列2上的位置尺寸，将印模柱2.1的形状尺寸和位置尺寸与理想种植体的形状尺寸和位置尺寸进行比较。当然，为了提高测量精度和效率，也可以借助计算机、口腔扫描仪等电子设备，具体地，如图3所示：首先利用口腔扫描设备对印模牙齿列2进行扫描，以获取印模牙齿列的三维模型10；然后将印模牙齿列的三维模型10与虚拟种植三维模型11进行三维配准，以获得空间变换参数；其中，虚拟种植三维模型11为牙齿模型列虚拟三维模型，牙齿模型列虚拟三维模型的理想种植位置预先设计有虚拟的种植体11.1。接着，利用空间变换参数将印模牙齿列的三维模型10与虚拟种植三维模型11进行匹配，进而就可获得印模牙齿列2的印模柱2.1相对于虚拟种植三维模型11的种植体11.1的误差。

为了实现该装置的重复利用、降低成本，本体1的底面开设有与操作孔1.2一一对应的清理孔1.3，清理孔1.3与对应的操作孔1.2连通。由此，在测试完成后，操作人员可将工具例如改锥插入清理孔1.3，将剩余的凝胶材料从操作孔1.2中顶出。当然，为了保证清理操作孔1.2时凝胶材料能够被轻易顶出，操作孔1.2由上至下呈渐缩状，也就是说，操作孔1.2的横截面积朝临近清理孔1.3的方向逐渐减小。其中操作孔1.2可通过拔模形成，拔模角度优选为1～2度。

另外，为了进一步提高精度测试的可靠性，牙齿模型列的数量为多个，多个牙齿模型列沿本体1的宽度方向依次设置，也就是说，本体1的顶面形成有多行牙齿模型1.1，位于同一行的所有牙齿模型1.1的规格即形状和大小相同，位于不同行的牙齿模型1.1的规格不同。测试时，可将各个牙齿模型列的测试结果求和后计算平均值。

此外，如图5所示，本实施例还提供了一种牙科种植体植入精度测试系统，该系统包括定位平台6、种植机器人3、导航仪7、控制器以及上述所述的牙科种植体植入精度测试装置，本体1固定在定位平台6上，定位平台6的顶面设有至少三个不共线的第一视觉标记8，种植机器人3的末端执行器3.1设有至少三个不共线的第二视觉标记9，第一视觉标记8和第二视觉标记9均位于导航仪7的检测范围内，导航仪7和种植机器人3均与控制器电连接。如图6所示，为了便于本体1固定在定位平台6上，本体1的底面形成有定位凸台1.5，定位平台6上形成有与定位凸台1.5配合的定位凹槽。

需要说明的是，在安装第一视觉标记8和第二视觉标记9时可确定出第一视觉标记8在定位平台坐标系c中的位置坐标以及第二视觉标记9在末端执行器坐标系d中的位置坐标。

测试时：s1、在操作孔1.2中填充凝胶材料例如石膏，以形成模拟颌骨。s2、根据第二视觉标记9在末端执行器坐标系d中的位置坐标，利用机器人运动学计算第二视觉标记9在种植机器人坐标系a中的位置坐标。与此同时，利用导航仪7测量第二视觉标记9在导航仪坐标系e中的位置坐标。由此，利用第二视觉标记9分别在种植机器人坐标系a和导航仪坐标系e中的位置坐标便可计算出导航仪坐标系e与种植机器人坐标系a的第二空间转换参数。s3、利用导航仪7测量第一视觉标记8在导航仪坐标系e中的位置坐标。由此，便可利用第一视觉标记8分别在定位平台坐标系c和导航仪坐标系e中的位置坐标计算出导航仪坐标系e与定位平台坐标系c的第一空间转换参数。s4、选取本体1与定位平台6接触面上的其中一个特征点作为虚拟种植三维模型坐标系和定位平台坐标系c的共同的坐标原点，例如可将本体1与定位平台6接触的某一个顶点作为共同的坐标原点。由此，便可将虚拟种植三维模型坐标系和定位平台坐标系c进行匹配。s5、在虚拟种植三维模型坐标系中确定种植路径的起点坐标和终点坐标。由于，虚拟种植三维模型坐标系和定位平台坐标系c已经匹配，因此在虚拟种植三维模型坐标系中确定种植路径的起点坐标和终点坐标可视为是在定位平台坐标系c中确定的。s6、根据第一空间转换参数和第二空间转换参数将起点坐标和终点坐标转换在种植机器人坐标系a中，以控制种植机器人3在模拟颌骨上开设种植窝洞1.4。s7、向种植窝洞1.4内充注印模材料、直至印模材料覆盖整个牙齿模型列。s8、待印模材料凝固后，如图2所示，将由印模材料凝固而成的印模牙齿列2从牙齿模型列上取下。s9、扫描印模牙齿列2，获取印模牙齿列的三维模型10，将印模牙齿列的三维模型10与虚拟种植三维模型11进行三维配准、以获得空间变换参数。s10、利用空间变换参数将印模牙齿列的三维模型10与虚拟种植三维模型11进行匹配、以获取印模牙齿列2的印模柱2.1相对于虚拟种植三维模型11的种植体11.1的误差。

另外，本实施例还提供了一种牙科种植体植入精度测试方法，该方法包括以下步骤：

s1、在操作孔1.2中填充凝胶材料、以形成模拟颌骨；

s2、操作人员预先在控制器例如计算机的三维软件中设计出虚拟种植三维模型11，并根据虚拟种植三维模型11确定出种植体在模拟颌骨上的种植位置和种植深度；根据种植位置和种植深度在模拟颌骨上开设种植窝洞1.4；

s3、在种植窝洞1.4中填充印模材料、直至印模材料覆盖牙齿模型列，也就是说，不仅种植窝洞1.4内要充满印模材料，所有牙齿模型1.1的表面也需要附着一层印模材料；

s4、经过指定时间后，将由印模材料凝固而成的印模牙齿列2从牙齿模型列上取下；

s5、获取印模牙齿列的三维模型10，具体地，可采用口腔扫描设备对印模牙齿列2进行扫描。

s6、将印模牙齿列的三维模型10与虚拟种植三维模型11进行三维配准、以获得空间变换参数；

s7、利用空间变换参数将印模牙齿列的三维模型10与虚拟种植三维模型11进行匹配、以获取印模牙齿列2的印模柱2.1相对于虚拟种植三维模型11的种植体11.1的误差；其中，印模柱2.1为印模材料在种植窝洞1.4内形成的柱状结构。

可见，利用本实施中的牙科种植体植入精度测试方法就可测得种植机器人3的种植精度，为后期手术提供保障。

需要说明的是，步骤s6可以采用多种方式实现，例如：

方式一、首先在印模牙齿列的三维模型10上选取多个第一特征点；在虚拟种植三维模型11上选取多个第二特征点；然后，将第一特征点与第二特征点进行相似性度量、以获得匹配的特征对；接着，利用特征对印模牙齿列的三维模型10和虚拟种植三维模型11进行粗配准；最后，利用迭代最近点算法(iterativeclosestpoint，简称icp算法)对粗配准后的印模牙齿列的三维模型10和虚拟种植三维模型11进行精配准，进而便可获得空间变换参数。

方式二、首先利用roi(regionofinterest，简称roi)技术在印模牙齿列的三维模型10与虚拟种植三维模型11上分别勾勒出感兴趣区域；接着，利用icp算法对两个感兴趣区域进行配准就可获得空间变换参数。由于方式二是在印模牙齿列的三维模型10与虚拟种植三维模型11上圈定出感兴趣区域后再进行配准，因此相比方式一，方式二可以显著减少特征点的数量、缩短配准计算时间、提高精度。当然，实现步骤s6的方式并不局限于上述两种方式。

另外，步骤s2也可以采用多种方式实现，例如：

方式一、该方式基于如图4所示的牙科种植体植入精度测试系统来实现，该系统包括操作平台4、种植机器人3、夹具5以及与种植机器人3电连接的控制器。其中，夹具5可以但不限于是限位块。例如，夹具5包括多个限位块，限位块的底面开设有螺纹孔，操作台开设有与螺纹孔一一对应的通孔。测试时：首先，预先确定操作平台4的夹具5在种植机器人坐标系a中的位置坐标，以获得夹具坐标系b与种植机器人坐标系a的空间转换参数；接着，将本体1利用夹具5固定在操作平台4上；然后，选取本体1与夹具5接触面上的其中一个特征点作为虚拟种植三维模型坐标系和夹具坐标系b的共同的坐标原点，以将虚拟种植三维模型坐标系和夹具坐标系b进行匹配；紧接着，在虚拟种植三维模型坐标系中确定种植路径的起点坐标和终点坐标；最后，利用空间转换参数将起点坐标和终点坐标转换在种植机器人坐标系a中，以控制种植机器人3在模拟颌骨上开设种植窝洞1.4。

方式二、该方式基于如图5所示的牙科种植体植入精度测试系统来实现。测试时：首先，安装本体1、第一视觉标记8和第二视觉标记9，此处对上述安装过程不再赘述。接着，根据第二视觉标记9在末端执行器坐标系d中的位置坐标，利用机器人运动学计算第二视觉标记9在种植机器人坐标系a中的位置坐标；与此同时，利用导航仪7分别测量第二视觉标记9在导航仪坐标系e中的位置坐标；由此，利用第二视觉标记9分别在种植机器人坐标系a和导航仪坐标系e中的位置坐标便可计算出导航仪坐标系e与种植机器人坐标系a的第二空间转换参数。然后，利用导航仪7测量第一视觉标记8在导航仪坐标系e中的位置坐标；由此利用第一视觉标记8分别在定位平台坐标系c和导航仪坐标系e中的位置坐标便可计算定位平台坐标系c与导航仪坐标系e的第一空间转换参数。紧接着，选取本体1与定位平台6接触面上的其中一个特征点作为虚拟种植三维模型坐标系和定位平台坐标系c的共同的坐标原点，例如可将本体1与定位平台6接触的某一个顶点作为共同的坐标原点。由此便可将虚拟种植三维模型坐标系和定位平台坐标系c进行匹配。接下来，在虚拟种植三维模型坐标系中确定种植路径的起点坐标和终点坐标。由于，虚拟种植三维模型坐标系和定位平台坐标系c已经匹配，因此在虚拟种植三维模型坐标系中确定种植路径的起点坐标和终点坐标可视为是在定位平台坐标系c中确定的。最后，根据第一空间转换参数和第二空间转换参数将起点坐标和终点坐标转换在种植机器人坐标系a中，以控制种植机器人3在模拟颌骨上开设种植窝洞1.4。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离发明各实施例技术方案的精神和范围。