牙科种植导板、视觉导向系统及其配准方法与流程

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种牙科种植导板、视觉导向系统及其配准方法。

背景技术：

近年来，随着口腔种植技术在临床中的推广，以及人们对口腔健康要求的提高，越来越多的患者选择对缺失牙进行种植修复治疗。种植体植入的位置和角度是手术成功的关键目标，种植导板技术和种植导航技术是实现这一目标的利器。

种植导航技术中配准是关键的一步，即确定虚拟空间坐标系与视觉坐标系之间的相对位置姿态关系。目前，常采用标记点配准法实现，即通过确立医学图像上的标记点与人体上相对应的标记点间的映射关系，来建立两个空间的映射关系。该标记点既可以是颌骨或牙齿解剖标志点，也可以是体积较小的人造标记点。采用解剖标志点来进行配准，配准精度较低，且依赖医生操作经验；而采用人造标记点来进行配准，需要将其植入患者的牙槽突或颌骨，这样不但操作较为麻烦，还会给患者造成不必要的创伤甚至引发感染。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种牙科种植导板、视觉导向系统及其配准方法，旨在设计一种便于操作且配准精度较高的配准方法。

本发明实施例提供一种牙科种植导板，所述牙科种植导板用于与牙列贴合，所述牙科种植导板上贯穿设置有至少三个通孔，每一个所述通孔用于形成一个配准点，以供标定探针的针尖插入后与牙列上对应的标记点接触。

根据本发明一个实施例的牙科种植导板，所述通孔的形状被设置为与标定探针的针尖的形状相适配。

根据本发明一个实施例的牙科种植导板，所述牙科种植导板包括用于与牙列贴合的内轮廓面，所述牙科种植导板的内轮廓面的形状被设置为与牙列的形状相适配。

根据本发明一个实施例的牙科种植导板，所述牙科种植导板通过3d打印技术制成。

根据本发明一个实施例的牙科种植导板，所述牙科种植导板为树脂材质的种植导板。

根据本发明一个实施例的牙科种植导板，所述牙科种植导板上开设有至少一个观察校验窗口，所述牙科种植导板上且在靠近每一个所述观察校验窗口的位置设置有所述通孔。

根据本发明一个实施例的牙科种植导板，所述观察校验窗口设置于所述牙科种植导板上用于与牙齿的尖端对应的位置。

根据本发明一个实施例的牙科种植导板，所述牙科种植导板上用于与种植位置对应的位置开设有外孔和内孔，所述牙科种植导板上且位于所述外孔的内侧形成可拆卸区，所述可拆卸区可自所述牙科种植导板上拆除，以形成种植孔；所述内孔设置于所述可拆卸区内。

根据本发明一个实施例的牙科种植导板，所述外孔为沿所述内孔的周向延伸的弧形孔，且所述外孔沿所述内孔的周向间隔设置有多个。

根据本发明一个实施例的牙科种植导板，所述牙科种植导板包括相连的本体和凸出部，所述本体用于与牙列贴合，所述凸出部用于在所述本体与牙列贴合时伸出口腔外；所述凸出部上设置有视觉标记组件。

根据本发明一个实施例的牙科种植导板，所述凸出部上设置有插槽，所述视觉标记组件插设于所述插槽内。

本发明实施例还提供一种视觉导向系统，包括视觉传感器、标定探针和如上所述的牙科种植导板，所述标定探针上设置有视觉标记。

本发明实施例还提供一种视觉导向系统的配准方法，包括：

在牙科种植导板贴合在目标患者的牙列上的情况下，使用标定探针接触所述牙科种植导板上的至少三个配准点，以获取所述至少三个配准点在视觉传感器的视觉坐标系中的空间坐标；

根据所述至少三个配准点的空间坐标计算所述牙科种植导板在所述视觉坐标系中的位置姿态数据；

对所述牙科种植导板在所述视觉坐标系中的位置姿态数据与目标患者的口腔cbct数据进行配准。

本发明实施例提供的配准方法，通过将牙科种植导板贴合在患者的牙列上，配准过程中使用标定探针接触对准牙科种植导板上的配准点，即可获得配准点在视觉传感器坐标系中的空间坐标，由于牙科种植导板上的配准点是提前设置的，医生不用在手术中寻找牙齿特征点来作为配准点，这样不但方便进行配准操作，还提高配准精度，最终保证种植手术操作的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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是本发明实施例提供的一种牙科种植导板的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种视觉导向系统的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种视觉导向系统的配准方法的流程示意图。

附图标记：

100：牙科种植导板；1：本体；2：通孔；3：观察校验窗口；4：外孔；5：内孔；6：可拆卸区；7：凸出部；71：插槽；200：标定探针；210：视觉标记；300：视觉传感器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

本发明实施例提供了一种视觉导向系统，如图2所示，该视觉导向系统包括牙科种植导板100、标定探针200和视觉传感器300，标定探针200上设置有视觉标记210。

如图2所示，牙科种植导板100用于与牙列贴合。牙科种植导板100包括用于与牙列贴合的内轮廓面，牙科种植导板100的内轮廓面的形状通常会被设置为与牙列的形状相适配，牙科种植导板100的内轮廓面可以是根据患者口腔内牙齿扫描的三维曲面或者牙列石膏模型设计出的，因此牙科种植导板100可以紧密贴合在患者牙列上，吻合患者口内形状并保持稳定。其中，牙科种植导板100可以是采用树脂等材料通过3d打印技术制作而成的，且牙科种植导板100为具有一定厚度的薄壁壳体，以使牙科种植导板100保持一定的刚度。

如图1所示，牙科种植导板100上贯穿设置有至少三个通孔2，每一个通孔2用于形成一个配准点，以供标定探针200的针尖插入后与牙列上对应的标记点接触。牙科种植导板100还包括与内轮廓面相对的外轮廓面，在牙科种植导板100的外轮廓面上设有一系列配准点，配准点可以为锥形或其它形状的通孔2。通孔2的具体形状通常被设置为与标定探针200的针尖的形状相适配，即通孔2的形状与大小与标定探针200的针尖一致，将标定探针200的针尖插入配准点后，标定探针200的针尖会与牙列上对应的标记点重合。其中，牙科种植导板100上的配准点可选择牙齿表面具有明显特征的点，也可选择牙面上其它方便配准操作的点，配准点数量不少于3个，且设置多个配准点能减小配准过程中的随机误差。

如图2所示，标定探针200上设置有视觉标记210，视觉标记210可以由多个反光球和/或反光片构成。手术视野中设置有视觉传感器300，可实时追踪并测量视觉标记210的空间位置与姿态。标定探针200经过精密加工与标定之后，可获得标定探针200的针尖点在视觉传感器300的视觉坐标系中的空间坐标。由此，可使用标定探针200来获取感兴趣的点在视觉传感器300的视觉坐标系中的空间位置。

在使用视觉导向系统进行配准的过程中，通过标定探针200接触对准配准点，并保持标定探针200上的视觉标记210朝向视觉传感器300。此时，即可获得配准点在视觉传感器300的视觉坐标系中的空间坐标。通过一系列配准点的空间坐标即可计算出牙科种植导板100在视觉传感器300的视觉坐标系中的位置和姿态。

在种植导航手术中通过患者的口腔cbct影像数据进行术前规划(规划种植体在cbct中的位置和角度)。对患者口腔内牙齿扫描的三维曲面(也即牙科种植导板100的内轮廓面)与口腔cbct数据进行配准操作，可采用icp算法(迭代最近点算法)或其它配准算法计算出两个数据集之间的空间转换关系。由此可以将视觉传感器300的坐标空间与cbct图像空间联系在一起。

如图1所示，在本实施例中，牙科种植导板100上开设有至少一个观察校验窗口3，牙科种植导板100上且在靠近每一个观察校验窗口3的位置设置有通孔2。其中，观察校验窗口3可以为矩形或其它形状的贯穿孔，该贯穿孔贯穿牙科种植导板100，观察校验窗口3通常设置在牙科种植导板100上用于与牙齿的尖端对应的位置。当使用标定探针200去接触配准点完成配准操作后，为了检验配准精度，避免配准误差过大而影响种植手术精度，可再用标定探针200接触观察校验窗口3中提前设定好的牙齿特征点，并观察医学影像中对应的位置是否一致以及误差大小，如果误差过大则需要重新进行配准操作。

牙科种植导板100上规划的种植位置处会开设有种植孔，如图1所示，在本实施例中，牙科种植导板100上用于与种植位置对应的位置开设有外孔4和内孔5，牙科种植导板100上且位于外孔4的内侧形成可拆卸区6，可拆卸区6可自牙科种植导板100上拆除，以形成种植孔；内孔5设置于可拆卸区6内。内孔5的直径比手术器械末端的钻头略粗，而拆除可拆卸区6而形成的种植孔的直径大于种植体直径。其中，内孔5用于最终操作前的瞄准验证，即当完成配准操作后使用带视觉标记的手术器械对准内孔5，并观察导航图像中的器械位置是否精准和正确，用于验证保证安全性。当验证误差满足精度后，可使用其它手术器械将可拆卸区6拆掉，即可形成种植孔，这样方便种植手术操作。

如图1所示，在本实施例中，外孔4为沿内孔5的周向延伸的弧形孔，且外孔4沿内孔5的周向间隔设置有多个(例如，外孔4可以设置有两个)。这样便于拆掉可拆卸区6。

由于种植手术采用局部麻醉方式，且患者头部一般不固定，在手术过程中可能发生微小的移动。为了捕获到患者运动，提高手术精准性和安全性，如图1所示，在本实施例中，牙科种植导板100包括相连的本体1和凸出部7，本体1用于与牙列贴合，凸出部7用于在本体1与牙列贴合时伸出口腔外，且本体1位于口腔内；凸出部7上设置有视觉标记组件(未在图中示出，视觉标记组件可以是包括插杆，插杆上设置有多个视觉标记)。通过牙科种植导板100上的视觉标记来代表患者在视觉空间中的实际位置。当患者头部移动时，视觉传感器300检测到牙科种植导板100上视觉标记的移动，通过前面计算出的空间映射关系可将患者运动反映到虚拟图像中指导手术操作。

凸出部7上设置有视觉标记组件，具体地，如图1所示，在本实施例中，凸出部7上设置有插槽71，视觉标记组件插设于插槽71内。这样凸出部7上的视觉标记组件拆装较为方便。

本发明实施例还提供一种视觉导向系统的配准方法，如图3所示，该视觉导向系统的配准方法包括以下步骤：

步骤s110、在牙科种植导板贴合在目标患者的牙列上的情况下，使用标定探针接触所述牙科种植导板上的至少三个配准点，以获取所述至少三个配准点在视觉传感器的视觉坐标系中的空间坐标。

步骤s120、根据所述至少三个配准点的空间坐标计算所述牙科种植导板在所述视觉坐标系中的位置姿态数据。

步骤s130、对所述牙科种植导板在所述视觉坐标系中的位置姿态数据与目标患者的口腔cbct数据进行配准。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本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本发明各实施例技术方案的精神和范围。