一种口腔种植手术的导航导板、导航系统及导航方法

技术领域

本发明涉及口腔种植领域，尤其涉及一种口腔种植手术的导航导板、导航系统及导航方法。

背景技术

随着口腔种植医学的不断发展和数字化辅助技术日臻成熟，特别是CBCT(ConeBeam CT，锥形束CT)、口内(外)扫描技术和3D打印技术的普及，使医生可以以患者CT影像信息和相关修复为基础，借助专业数字化种植设计软件进行术前诊断和种植方案规划，然后通过种植导板、动态导航或机器人定位导航系统，将术前制订的种植方案准确应用于种植手术来辅助医生完成精准治疗。其中关键的一步是通过配准，使导航(板)系统中各独立的坐标系统一起来，建立各坐标系间的空间映射关系，来实现用虚拟医学图像模型指导现实环境中的手术。

目前常采用标记点配准法，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空间映射关系，标记点通常选取颌骨或牙齿做为解剖标志点。但是这一方法依赖于配准操作时医生的选取手法，选取不准确会产生配准误差，最终影响种植体植入精度，且无法保证所有医生操作时的一致性。

对于牙列缺失的患者，佩戴口腔导航(板)手术中的种植导板时由于导板下只有黏膜支持，而粘膜存在一定弹性，无法提供刚性支撑基础，难以达到较高的固定精度，这样就导致无法开展精准的全口种植导航(板)手术。并且在术后安装临时牙冠时，由于没有安装定位的基准，临时牙冠安装在临时基台上的位置存在较大的可活动量，而不准确的安装位置会导致上下颌咬合关系不正常，从而影响口腔健康。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种口腔种植手术的导航导板，包括：

牙引导导板，与患者的余留牙齿形状相适配，用于与导板基座固定连接后，贴合佩戴于患者的余留牙齿上；

所述导板基座中部设有空腔，所述患者的牙床通过所述空腔露出；

所述导板基座的侧壁上开设有引导孔，通过固定针穿过所述引导孔将所述导板基座固定于牙槽骨上；

所述导板基座的顶部外表面上沿边缘设有多个标记孔；

所述导板基座靠近所述牙床外侧的一侧设有连接部，所述连接部内插有示踪标记。

优选的，所述牙引导导板与所述导板基座通过榫卯结构固定连接，所述榫卯结构包括：

所述牙引导导板的底部设有卡槽，所述导板基座的顶部对应设有卡块；

或

所述牙引导导板的底部设有卡块，所述导板基座的顶部对应设有卡槽。

优选的，各所述引导孔倾斜设于所述导板基座上，且各所述引导孔的开设方向不一致。

优选的，各所述标记孔为圆锥孔或球型孔。

本发明还提供一种口腔种植手术的导航系统，包括：

口腔扫描装置，用于扫描患者的口腔得到数字口腔模型，随后在所述数字口腔模型上标记出标记孔和种植点；

导航导板，所述导航导板为如上述的导航导板，根据所述数字口腔模型制作得到，随后佩戴在患者的牙床上；

种植牙冠，根据所述数字口腔模型制作；

定位传感器，朝向所述患者的口腔设置，所述定位传感器用于在将所述导航导板佩戴于患者的牙床上之后通过红外光扫描所述示踪标记得到所述示踪标记在所述定位传感器的传感器坐标系下的标记坐标，随后通过与所述定位传感器无线连接的匹配探针与所述导航导板上的各所述标记孔进行配准获得对应的多个注册点，以所述标记坐标为基准点确定各所述注册点在传感器坐标系下的注册点坐标；

种植机器人，所述种植机器人连接所述定位传感器，用于根据各所述注册点坐标确定所述种植点的种植坐标并将种植体种植在所述种植点，随后医生将所述种植牙冠与所述导板基座结合并固定在所述种植体上。

本发明还提供一种口腔种植手术的导航方法，应用于上述的导航系统，所述导航方法包括：

步骤S1，控制口腔扫描装置扫描患者的口腔得到所述口腔数字模型并标记出标记点和种植点，并根据所述口腔数字模型制作所述牙引导导板、所述导板基座以及所述种植牙冠；

步骤S2，通过与所述牙引导导板配合，将所述导板基座佩戴于患者的牙床上并将所述导板基板固定在所述牙床上后将所述牙引导导板拆下；

步骤S3，所述定位传感器扫描所述示踪标记得到所述示踪标记在所述定位导航器的传感器坐标系下的所述标记坐标，随后使用所述匹配探针对所述导板基座进行配准得到多个注册点，以所述标记坐标为基准点确定各所述注册点在传感器坐标系下的注册点坐标；

步骤S4，种植机器人根据各所述注册点坐标确定所述种植点在所述传感器坐标系下的种植坐标，并将所述种植牙体种植在所述种植点，随后医生将所述种植牙冠与所述导板基座结合并固定在所述种植体上。

优选的，所述口腔扫描装置包括口内扫描仪和锥形束CT，则所述步骤S1包括：

步骤S11，使用所述锥形束CT对所述患者的口腔进行扫描得到第一口腔模型；

步骤S12,使用所述口腔扫描仪对所述患者的口腔进行扫描得到第二口腔模型；

步骤S13,将所述第一口腔模型和所述第二口腔模型进行配准和融合作为所述口腔数字模型，并在所述口腔数字模型上标记出所述种植点和各所述标记孔；

步骤S14，根据所述口腔数字模型制作所述牙引导导板、所述导板基座以及所述种植牙冠。

优选的，所述步骤S2包括：

步骤S21，将所述牙引导导板与所述导板基板固定连接后，将所述牙引导导板佩戴至所述患者的余留牙齿上；

步骤S22，通过所述固定钉穿过所述引导孔将所述导板基座固定在患者的牙槽骨上，随后将所述牙引导导板拆下。

优选的，所述步骤S3包括：

步骤S31,所述定位传感器使用红外光检测所述示踪标记得到所述示踪标记在所述定位导航器的传感器坐标系下的所述标记坐标作为基准点；

步骤S32,将与定位传感器无线连接的匹配探针的尖端依次接触所述导板基座上的各所述标记孔进行配准得到对应的注册点，根据各所述注册点相对于所述基准点的空间距离得到各所述注册点在所述传感器坐标系下的所述注册点坐标。

优选的，所述步骤S4包括：

步骤S41,所述定位传感器实时检测所述示踪标记的标记坐标，并根据所述标记坐标更新各所述注册点坐标；

步骤S42，所述种植机器人根据所述种植点相对于各所述注册点的空间距离确定所述种植点在所述传感器坐标系下的种植点坐标；

步骤S43，医生将所述种植牙冠与所述导板基座结合并固定在所述种植体上。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：

1)通过在导板基座上预开设标记点，避免了配准操作时根据医师经验选取解剖特征点进行标记导致配准不准确，提高了配准操作的一致性，且标记孔位于患者口内手术区域附近，相比设置在其他位置降低了配准误差；

2)导板基座与患者的余留牙齿通过牙引导导板引导就位，并且导板基座和牙引导导板利用榫卯结构辅助固定，再通过固定骨钉或固定针穿过引导孔与牙齿刚性连接，为患者示踪标记板提供了稳定可靠的安装基础，准确定位种植牙冠的种植点，提高了手术的定位精度，且避免了术中需要配准和患者拍摄的二次CBCT，减少辐射量的摄入；

3)以修复为导向制作临时种植牙冠并在种植机器人种植种植体之后精准佩戴在患者牙床，完成以修复为导制作种植牙冠实现精准咬合，且达到即刻修复的效果。

附图说明

图1为本发明的较佳的实施例中，一种口腔种植手术的导航导板的结构示意图；

图2为本发明的较佳的实施例中，一种口腔种植手术的导航导板佩戴后的侧面示意图

图3为本发明的较佳的实施例中，一种口腔种植手术的导航系统的结构示意图；

图4为本发明的较佳的实施例中，一种口腔种植手术的导航方法的流程示意图；

图5为本发明的较佳的实施例中，步骤S1的子流程示意图；

图6为本发明的较佳的实施例中，步骤S2的子流程示意图；

图7为本发明的较佳的实施例中，步骤S3的子流程示意图；

图8为本发明的较佳的实施例中，步骤S4的子流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本发明并不限定于该实施方式，只要符合本发明的主旨，则其他实施方式也可以属于本发明的范畴。

本发明的较佳的实施例中，基于现有技术中存在的上述问题，现提供一种口腔种植手术的导航导板，如图1和图2所示，包括：

牙引导导板1，与患者的余留牙齿形状相适配，用于与导板基座2固定连接后，贴合佩戴于患者的余留牙齿上；

导板基座2中部设有空腔，患者的牙床通过空腔露出；

导板基座2的侧壁上开设有引导孔21，通过固定针穿过引导孔21将导板基座固定于牙槽骨上；

导板基座2的顶部外表面上沿边缘设有多个标记孔22；

导板基座2靠近牙床外侧的一侧设有连接部23，连接部23内插有示踪标记。

本发明的较佳的实施例中，牙引导导板1与导板基座2通过榫卯结构固定连接，如图1和图2所示，榫卯结构包括：

牙引导导板1的底部设有卡槽，导板基座2的顶部对应设有卡块；或

牙引导导板1的底部设有卡块，导板基座2的顶部对应设有卡槽。

本发明的较佳的实施例中，各引导孔21倾斜设于导板基座2上，且各引导孔21的开设方向不一致。

具体的，本实施例中，如图1所示，在导板基座2的侧壁的外边缘上开设有多个标记孔22，在制作导板基座2之前需要先根据患者的口腔数字模型确定各标记孔22的位置，在手术过程中医生不再依靠自身经验寻找患者解剖结构特征点进行标记，保证了配准操作的一致性，且标记孔22位于患者口内手术区域附近，相比设置在其他位置降低了配准误差；

在导板基座2的靠近牙床的内侧的两侧设置有引导孔21，通过固定针穿过引导孔21将导板基座2固定于牙槽骨上，位于牙床外侧的引导孔可设置于导板基座的中部或两侧，位于牙床内侧的引导孔可设置在导板基座的两侧，图1中为牙床内侧的引导孔设置位置，位于牙床外侧的引导孔21可水平设置，为了方便固定骨钉或固定针的插入，位于牙床内侧的引导孔21需要倾斜设置。而且多个引导孔21的开设方向需要设置成不一致，可防止导板基座松动、移位。

本发明还提供一种口腔种植手术的导航系统，如图3所示，包括：

口腔扫描装置，用于扫描患者的口腔得到数字口腔模型，随后在数字口腔模型上标记出标记孔和种植点；

导航导板，导航导板为如上述的导航导板，根据数字口腔模型制作得到，随后佩戴在患者的牙床上；

种植牙冠，根据数字口腔模型制作；

定位传感器3，朝向患者的口腔设置，定位传感器3用于在将导航导板佩戴于患者的牙床上之后通过红外光扫描示踪标记得到示踪标记在定位传感器的传感器坐标系下的标记坐标，随后通过与定位传感器3无线连接的匹配探针31与导航导板上的各标记孔21进行配准获得对应的多个注册点，以标记坐标为基准点确定各注册点在传感器坐标系下的注册点坐标；

种植机器人4，种植机器人4连接定位传感器3，用于根据各注册点坐标确定种植点的种植坐标并将种植体种植在种植点，随后医生将种植牙冠与导板基座2结合并固定在种植体上。

具体的，本实施例中，如图1和图2所示，牙引导导板1是根据患者余留牙齿形状(或者原有全口活动义齿)设计出的一种导板，其内表面与患者余留牙齿贴合，可安装在余留牙齿上(或者按照原有的全口活动义齿制作牙引导导板,其表面与无牙合患者组织面贴合)，并以此为基准安装并固定导板基座2。牙引导导板1底面的卡槽和导板基座2顶面凸起的卡块(或牙引导导板1底面的卡块和导板基座2顶面的卡槽)通过榫卯结构紧密连接，即牙引导导板1可复叠式地安装在导板基座2上。医生通过牙引导导板1辅助导板基座2在口内就位，避免由于没有安装定位的基准，导致临时牙冠安装在临时基台上的位置存在较大的可活动量，从而避免不准确的安装位置导致上下颌咬合关系不正常，影响口腔健康。

本发明的较佳实施例中，如图1和图2所示，各标记孔22为圆锥孔或球型孔。

具体的，本实施例中，导板基座2的侧壁的外边缘上沿着其轮廓分布设有一系列标记孔22，标记孔22的形状和大小与匹配探针31的尖端匹配。根据匹配探针31的不同，标记孔21通常为圆锥孔或球型孔，其代表的标记点为圆锥孔的尖端点或球型孔的球心。其中匹配探针31是配套定位传感器3使用的一种测量工具，与定位传感器无线连接，用来获取注册点，即与匹配探针31的尖端接触的点在定位传感器的坐标系下的空间位置作为注册点坐标。配准过程中使用匹配探针31的尖端接触标记孔22，并保持匹配探针31朝向定位传感器，此时即可获得标记孔在定位传感器坐标系下的对应的注册点坐标。在合理范围内设置尽量多的标记孔能减小配准过程中的随机误差。

本发明还提供一种口腔种植手术的导航方法，应用于上述的导航系统，如图4所示，导航方法包括：

步骤S1，控制口腔扫描装置扫描患者的口腔得到口腔数字模型并标记出标记点和种植点，并根据口腔数字模型制作牙引导导板、导板基座以及种植牙冠；

步骤S2，通过与牙引导导板配合，将导板基座佩戴于患者的牙床上并将导板基板固定在牙床上后将牙引导导板拆下；

步骤S3，定位传感器扫描示踪标记得到示踪标记在定位导航器的传感器坐标系下的标记坐标，随后使用匹配探针对导板基座进行配准得到多个注册点，以标记坐标为基准点确定各注册点在传感器坐标系下的注册点坐标；

步骤S4，种植机器人根据各注册点坐标确定种植点在传感器坐标系下的种植坐标，并将种植牙体种植在种植点，随后医生将种植牙冠与导板基座结合并固定在种植体上。

本发明的较佳的实施例中，口腔扫描装置包括口内扫描仪和锥形束CT，则如图5所示，步骤S1包括：

步骤S11，使用锥形束CT对患者的口腔进行扫描得到第一口腔模型；

步骤S12,使用口腔扫描仪对患者的口腔进行扫描得到第二口腔模型；

步骤S13,将第一口腔模型和第二口腔模型进行配准和融合作为口腔数字模型，并在口腔数字模型上标记出种植点和各标记孔；

步骤S14，根据口腔数字模型制作牙引导导板、导板基座以及种植牙冠。

本发明的较佳的实施例中，如图6所示，步骤S2包括：

步骤S21，将牙引导导板与导板基板固定连接后，将牙引导导板佩戴至患者的余留牙齿上；

步骤S22，通过固定钉穿过引导孔将导板基座固定在患者的牙槽骨上，随后将牙引导导板拆下。

本发明的较佳的实施例中，如图7所示，步骤S3包括：

步骤S31,定位传感器使用红外光检测示踪标记得到示踪标记在定位导航器的传感器坐标系下的标记坐标作为基准点；

步骤S32,将与定位传感器无线连接的匹配探针的尖端依次接触导板基座上的各标记孔进行配准得到对应的注册点，根据各注册点相对于基准点的空间距离得到各注册点在传感器坐标系下的注册点坐标。

本发明的较佳的实施例中，如图8所示，步骤S4包括：

步骤S41,定位传感器实时检测示踪标记的标记坐标，并根据标记坐标更新各注册点坐标；

步骤S42，种植机器人根据种植点相对于各注册点的空间距离确定种植点在传感器坐标系下的种植点坐标，随后根据种植点坐标将种植牙冠种植在种植点；

步骤S43，医生将种植牙冠与导板基座结合并固定在种植体上。

具体的，本实施例中，在种植手术中使用前述的导航导板进行数字化定位确定种植手术的种植点，再由种植机器人将种植体种植到种植点上，随后医生将种植牙冠通过种植体佩戴在患者的牙床，完成种植手术过程，种植牙冠的一侧还设有连接卡扣，可以在佩戴过程中与基座的边缘通过卡扣连接结合使得安装位置准确，种植牙冠是以修复为导向设计的，佩戴完种植牙冠后可以实现以修复为导向且精准咬合，达到即刻修复的效果；

首先，基于患者口内余留牙(或者原有全口活动义齿)及咬合关系，使用CBCT和口内扫描仪运用双扫描技术采集数据生成口腔数字模型，并根据口腔数字模型设计导板基座2、牙引导导板1、与导板基座2相匹配同时符合修复功能和美学的临时全口固定的种植牙冠；对于导板基座2，在制作导板基座2前提前根据口腔数字模型确定好导板基座2在牙床上的佩戴位置以及确定导板基座2上需要开设引导孔21、标记孔22、榫卯结构的位置，手术过程中的配准过程让医生不再依靠自身经验寻找患者解剖结构特征点作为标记点，减小了注册点选点的误差，保证了配准操作的一致性；

随后，先将牙引导导板1和导板基座2通过榫卯结构固定连接组合，随后安装在患者的牙床上，牙引导导板1是根据患者的余留牙齿的形状进行制作的，所以可以通过牙引导导板1辅助导板基座2安装在患者的牙床上，以保证导板基座2的安装精准度。并且导板基座2中部设有空腔，露出手术区域，方便手术器械在该区域内实施手术操作，接着通过固定螺钉或固定针插入导板基座的引导孔内，并将固定螺钉或固定针的一端插入到牙槽骨上进行固定，随后将牙引导导拆下，露出手术区域；

下一步，需要医师操作定位传感器进行配准操作，定位传感器3设置在手术区域的上方并朝向患者的口腔，随后建立传感器坐标系，一种可选的坐标系建立方式为以自身为坐标系原点以朝向患者口腔方向为Z轴正方向，以水平面为XY平面，其他方式建立传感器坐标系也可以采用，只要能够实现确定注册点、种植点等在传感器坐标系下的坐标即可，定位传感器3检测导板基座2上的示踪标记(检测方式采用红外光探测)并得到在传感器坐标系下的标记坐标，并以示踪标记为基准点，医师将定位传感器的匹配探针31的尖端依次伸入各个标记孔22中得到注册点进行配准操作，定位传感器3根据各个注册点和基准点之间的空间距离确定各注册点在传感器坐标系下的注册点坐标，因为每个注册点是对应一个标记孔的，所以根据各注册点坐标可以确定导板基座2在传感器坐标下的空间坐标，并且因为导板基座2是根据口腔数字模型进行制作的，所以确定了导板基座2在传感器坐标系下的空间坐标，也就代表能够确定口腔数字模型在传感器坐标下的虚拟位置，和患者的口腔形成空间映射关系，换言之，完成了配准过程后，定位传感器3能够知道患者的口腔在实际空间中相对于定位传感器3的实际位置，不再需要进行第二次口腔扫描，减少对患者的辐射影响，在生成口腔数字模型时也已经标记出需要种植牙冠的种植点，根据种植点和标记点之间的空间距离可以确定对应的注册点和种植点之间的空间距离，根据各注册点与种植点的空间距离和传感器坐标系下的注册点坐标可以确定种植点在传感器坐标系下的种植点坐标，与定位传感器通信连接的种植机器人也就能够知道需要将至牙冠安装在什么位置，完成口腔种植手术；

具体的，本实施例中，由于口腔种植手术采用局部麻醉方式，且患者头部一般不固定，在手术过程中患者头部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，需要定位传感器实时检测示踪标记的标记坐标，并且在示踪标记移动后根据标记坐标更新导板基座的空间坐标，避免将种植牙种植在错误的位置。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。