[发明专利]用于颌面外科手术中的颌骨定位系统及方法

权利要求书

1.一种用于颌面外科手术中的颌骨定位系统，其特征在于：包括以下部件：

能够通过其上的咬合记录限制上下颌骨位于一个唯一且可重复的位置的个性化颌叉；

与个性化颌叉存在唯一且可重复拆装的固连位置的配准架；

能够刚性连接至目标物体的参考架；

以及能够接收并执行控制模块指令的机械臂，所述机械臂包含与配准架存在一固定位置关系的机械臂执行末端；

该颌骨定位系统包括前述控制模块；

所述控制模块能够接收来自配准架、参考架的位姿信息以及目标物体的三维数据，获得同一坐标系下配准架和参考架之间的位置关系，结合配准架与机械臂执行末端之间的位置关系，实现机械臂坐标和参考架坐标的关联，进而通过参考架的实时位置来指导机械臂动作，以将固定至机械臂的需要被定位的颌骨骨块定位在其目标位置；

所述控制模块的具体工作过程如下：

1)采集上、下颌牙列和/或颌骨上标记物的三维数据及咬合模型；

2)基于咬合位置制作颌叉，使上下颌能够通过颌叉上的咬合记录固定在唯一且可重复的位置上；

3)连接颌叉和配准架；

4)患者戴入颌叉，使上下颌牙列和/或颌骨上标记物相对于颌叉具有确定的位置，采集头颅影像；

5)分割影像数据，三维重建骨骼形态；此时存在配准架相对于头颅坐标系位姿的变换矩阵M(S→F):

P(Facebow)＝P(Skull)×M(S→F)-------①

6)分割影像中的上下颌骨数据，三维重建颌骨及牙列和/或颌骨上标记物形态，将三维扫描获取的牙列和/或颌骨上标记物数据与影像数据配准，并替换；

7)根据手术需要进行虚拟手术设计；以确定骨块在头颅坐标系中位移的矩阵M(MMC→MMC′),该矩阵等同于配准架相对于头颅坐标系位移的矩阵M(F→F′)即

M(MMC→MMC′)＝M(F→F′)-----------②

8)手术开始前，患者佩戴颌叉，平卧于手术台，所述颌叉与配准架固连，此时配准架的位姿P(Facebow)能够被捕捉，根据公式①能够计算患者头颅位姿P(Skull)：

9)注册：在患者头颅上固定一个参考架，捕捉参考架的位姿P(Reference)，设参考架相对于头颅坐标系的变换矩阵为M(R→S)，则此时：

因为:

所以：

系统中即存储M(R→S)为已知值；

10)解除配准架与颌叉的固连，控制模块通过参考架的位置就能够确定头颅的位姿P(Skull)：

P(Skull)＝P(Reference)×M(R→S)----------------④

11)机械臂执行末端的示踪板与配准架之间存在已知的转换矩阵M(A→F)，因此根据公式①

P(Facebow)＝P(Arm)×M(A→F)＝P(Skull)×M(S→F)

计算机械臂位置P(Arm)：

12)解除颌叉与颌骨的固连，医生实施手术，进行截骨；

13)去除骨干扰后，基于咬合位置再次将颌叉戴入，将机械臂执行末端与颌叉固连，通过颌叉将与颌叉固连的骨块移动；

14)定位：根据公式②、④和⑤，基于手术计划，机械臂执行末端在术中实时头颅坐标系中将移动至位置P(Arm′):

15)固定：术者将骨块固定于术前设计的位置上。

2.根据权利要求1所述的用于颌面外科手术中的颌骨定位系统，其特征在于：所述控制模块包含或搭载以下模块：手术设计模块、影像学导航模块以及机器人控制模块。

3.根据权利要求1所述的用于颌面外科手术中的颌骨定位系统，其特征在于：所述个性化颌叉包含咬合部及末端，所述咬合部能够被放入上下颌之间，在上下颌牙列和/或颌骨上标记物咬入或嵌入所述咬合部时，所述末端伸出口腔；前述颌叉的末端与配准架的固连接口及其与机械臂执行末端的固连接口为同一接口。

4.根据权利要求1所述的用于颌面外科手术中的颌骨定位系统，其特征在于：所述配准架是刚体，其上配设有光学或电磁元件，该光学或电磁元件的位置信息具备绝对不对称结构特征，并能够被捕捉。