用于口腔种植手术导航系统的精度测试装置及方法与流程

本申请涉及医疗设备，尤其涉及一种用于口腔种植手术导航系统的精度测试装置及方法。

背景技术：

1、种植牙已被口腔医学界公认为缺牙的首选修复方式。当患者出现牙齿缺失时，通过种植牙手术把种植体植入牙颌骨内，再将修复体固定于种植体上，即可获得理想的修复效果。种植牙修复效果的关键之一在于是否能够在牙颌骨上按照种植方案打出种植孔位，与纯手动操作相比，利用口腔种植手术导航系统无疑更能提高种植孔位的精度。

2、现有技术中的口腔种植手术导航系统包括光学定位相机、口部参考阵列、种植手机(牙机)和设置于种植手机上的牙机参考阵列等几个部分。口部参考阵列固定夹持在患者口部后，口部参考阵列和牙机参考阵列反射的红外光分别被光学定位相机获取，光学定位相机通过标定配准，将口部参考阵列坐标系与牙机参考阵列坐标系统一在患者口腔ct图像中。如此一来，即可在种植的过程中对种植手机进行导航，实现精准种植。

3、口腔种植手术导航系统的精度在首次使用前和多次使用后会出现一定的偏差，而这个偏差难以在实施种植手术的过程中被感知和纠正，这个偏差会直接影响种植体的种植精度，从而影响种植牙修复效果。因此，如何避免口腔种植手术导航系统偏差对于种植精度的影响是本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本申请提供了一种用于口腔种植手术导航系统的精度测试装置及方法，通过测试装置在术前对口腔种植手术导航系统的精度进行测试，及时发现并消除导航系统的精度偏差，从而有效避免导航系统的精度偏差对种植精度的影响。

2、本申请第一方面提供了一种用于口腔种植手术导航系统的精度测试装置，包括：

3、口腔模拟板，所述口腔模拟板上对应牙齿的位置开设有贯穿的测试孔，所述口腔模拟板上固定安装有第一参考阵列；

4、种植手机，所述种植手机的前端安装有与测试孔相配的测试手指，所述测试手指的外轮廓与真实牙钻的外轮廓相配；所述种植手机的后端安装有第二参考阵列；

5、光学定位相机，所述光学定位相机用于捕获第一参考阵列和第二参考阵列反射的红外光信号；

6、计算机，与光学定位相机连接，用于根据捕获的红外光信号计算测试手指在第一参考阵列坐标系下的位置信息。

7、本申请提供的技术方案中，通过设计口腔模拟板来模拟患者的口腔，利用光学定位相机配合第一参考阵列、第二参考阵列，获取测试手指在第一参考阵列坐标系下的位姿信息，通过测试手指与口腔模拟板上测试孔的配合，结合cbct影像空间与现实空间的配准关系以及测试孔的硬件设计参数，可以在术前对口腔种植手术导航系统的精度进行测试，在术前及时发现并消除误差，提高手术导航系统的精度；且该精度测试能够在没有机械臂定位的情况下进行，适用于无机械臂的口腔种植手术导航系统的精度测试。

8、在某些实施方式中，所述测试孔设有多个，多个所述测试孔的深度不同，通过在口腔模拟板上开设多个不同孔径的测试孔，可以进行多次精度测试，取多次测试结果的平均值作为最终的精度测试结果，从而提高导航系统的精度测试的准确性。

9、在某些实施方式中，所述第一参考阵列和第二参考阵列上均非对称布置有不少于3个反光标记物，保证光学定位相机能够同时捕获到参考阵列上至少3个反光标记物反射的红外光信号。

10、在某些实施方式中，所述精度测试装置还包括支撑平台，所述支撑平台包括底座和支撑杆，所述支撑杆竖直固定在底座上，所述口腔模拟板的底面开设有固定孔，所述支撑杆的顶端与固定孔连接；通过设置支撑平台，方便对口腔模拟板进行测试，避免测试过程中口腔模拟板的位姿发生变化。

11、在某些实施方式中，所述口腔模拟板上设有若干牙齿模型，所述第一参考阵列通过支架固定在牙齿模型上；所述支架包括连接杆和牙套，所述牙套套设在牙齿模型上；所述连接杆一端与牙套固定连接，另一端与第一参考阵列固定连接；通过将第一参考阵列与牙齿模型刚性连接，保证了第一参考阵列与口腔模拟板之间的相对位姿不发生改变。

12、本申请第二方面提供了一种用于口腔种植手术导航系统的精度测试方法，包括以下步骤：

13、s1，获取口腔模拟板的cbct影像，利用光学定位相机配合第一参考阵列、第二参考阵列，将cbct影像空间与现实空间进行配准；

14、s2，选择口腔模拟板上某一个测试孔，记录在cbct影像坐标系下该测试孔上端面中心点a1和下端面中心点a2的坐标；

15、s3，将测试手指插入所述测试孔内，记录此时cbct影像坐标系下测试手指尾端中心点b1和前端中心点b2的坐标；

16、s4，沿测试孔继续插入测试手指，直至测试手指的前端面与测试孔的下端面平齐，记录此时cbct影像坐标系下测试手指尾端中心点c1和前端中心点c2的坐标；

17、s5，根据a1、a2、b1、b2、c1、c2的坐标值计算导航系统的精度偏差；

18、s6，选择口腔模拟板上其它的测试孔，针对每个测试孔，分别重复执行步骤s2～s5。

19、具体地，步骤s5中，计算导航系统的精度偏差包括点-点距离偏差，点-点距离偏差计算公式如下：

20、

21、其中，(xa2，ya2，za2)为a2的坐标值，(xc2，yc2，zc2)为c2的坐标值，d为点a2与点c2的距离偏差。

22、具体地，步骤s5中，计算导航系统的精度偏差包括点-线距离偏差，点-线距离偏差计算公式如下：

23、

24、

25、其中，l1、l2、l3、l4分别为点b1、b2、c1、c2到直线a1a2的距离偏差。

26、具体地，步骤s5中，计算导航系统的精度偏差包括线-线距离偏差，线-线距离偏差计算公式如下：

27、

28、

29、其中，δl1为直线b1b2与直线a1a2的距离偏差，δl2为直线c1c2与直线a1a2的距离偏差。

30、具体地，步骤s5中，计算导航系统的精度偏差包括线-线角度偏差，线-线角度偏差计算公式如下：

31、

32、

33、其中，θ1为直线b1b2与直线a1a2的角度偏差，θ2为直线c1c2与直线a1a2的角度偏差。

34、上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。

技术特征：

1.一种用于口腔种植手术导航系统的精度测试装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种用于口腔种植手术导航系统的精度测试装置，其特征在于，所述测试孔(2)设有多个，多个所述测试孔(2)的深度不同。

3.根据权利要求1所述的一种用于口腔种植手术导航系统的精度测试装置，其特征在于，所述第一参考阵列(3)和第二参考阵列(6)上均非对称布置有不少于3个反光标记物。

4.根据权利要求1所述的一种用于口腔种植手术导航系统的精度测试装置，其特征在于，所述精度测试装置还包括支撑平台，所述支撑平台包括底座(9)和支撑杆(10)，所述支撑杆(10)竖直固定在底座(9)上，所述口腔模拟板(1)的底面开设有固定孔，所述支撑杆(10)的顶端与固定孔连接。

5.根据权利要求1所述的一种用于口腔种植手术导航系统的精度测试装置，其特征在于，所述口腔模拟板(1)上设有若干牙齿模型(11)，所述第一参考阵列(3)通过支架固定在牙齿模型(11)上；所述支架包括连接杆(12)和牙套(13)，所述牙套(13)套设在牙齿模型(11)上；所述连接杆(12)一端与牙套(13)固定连接，另一端与第一参考阵列(3)固定连接。

6.一种用于口腔种植手术导航系统的精度测试方法，基于权利要求1至5任一项所述的精度测试装置，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的一种用于口腔种植手术导航系统的精度测试方法，其特征在于，步骤s5中，计算导航系统的精度偏差包括点-点距离偏差，点-点距离偏差计算公式如下：

8.根据权利要求6所述的一种用于口腔种植手术导航系统的精度测试方法，其特征在于，步骤s5中，计算导航系统的精度偏差包括点-线距离偏差，点-线距离偏差计算公式如下：

9.根据权利要求6所述的一种用于口腔种植手术导航系统的精度测试方法，其特征在于，步骤s5中，计算导航系统的精度偏差包括线-线距离偏差，线-线距离偏差计算公式如下：

10.根据权利要求6所述的一种用于口腔种植手术导航系统的精度测试方法，其特征在于，步骤s5中，计算导航系统的精度偏差包括线-线角度偏差，线-线角度偏差计算公式如下：

技术总结本发明提供了一种用于口腔种植手术导航系统的精度测试装置，包括：口腔模拟板，其上对应牙齿的位置开设有贯穿的测试孔，口腔模拟板上固定安装有第一参考阵列；种植手机，其前端安装有与测试孔相配的测试手指，种植手机的后端安装有第二参考阵列；光学定位相机，用于捕获第一参考阵列和第二参考阵列反射的红外光信号；计算机，用于根据捕获的红外光信号计算测试手指在第一参考阵列坐标系下的位置信息。本发明通过测试手指与口腔模拟板上测试孔的配合，结合CBCT影像空间与现实空间的配准关系以及测试孔的硬件设计参数，可以在术前对口腔种植手术导航系统的精度进行测试，在术前及时发现并消除误差，提高手术导航系统的精度。技术研发人员：周再望,黄志俊,刘金勇,钱坤受保护的技术使用者：杭州柳叶刀机器人有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/13