[发明专利]用于颌面外科手术中的颌骨定位系统及方法

说明书

本发明公开了一种用于颌面外科手术中的颌骨定位系统及方法，该系统包括个性化颌叉、配准架、参考架、机械臂及控制模块，控制模块能够接收来自配准架、参考架等的位姿信息以及目标物体的三维数据，并控制机械臂将需要被定位的颌骨骨块定位在其目标位置。该系统的应用有利于精确实施手术，提高手术安全性和可控性，避免操作中人手及主观判断失误引入的偏差，提高手术效率。本发明公开的颌骨定位方法效果与颌骨定位系统对应。

技术领域

本发明涉及口腔医疗设备领域，特别是涉及口腔医疗设备中机器人辅助手术领域，具体涉及一种口腔颌面外科正颌手术中的颌骨定位系统及方法。

背景技术

正颌手术通过将结构关系紊乱的颌骨截骨、移动并重新固定来达到治疗牙颌面畸形的目的。在移动骨块时，原有的解剖参考标志消失或难以定位，传统治疗模式是借助模型外科和医生的经验来定位，其中模型外科手段引入误差较大，治疗效果不可控程度较高。口腔颌面部骨骼形态复杂，对外观的影响重大，目前已可以通过计算机辅助设计的方法虚拟颌面外科手术过程，并通过三维打印手术导板或者影像学导航的手段来指导手术，进一步提高了手术设计的可操控性。但是使用手术导板或手术导航技术，也无法避免人手引入的误差，尤其在固定骨块时，医生手部轻微的移动就可能导致骨块固定后较明显的移位，从而影响手术效果。

发明内容

为解决现有技术中骨块定位精度不高的问题，本发明公开了一种机器人辅助的颌骨定位系统及方法，通过计算机辅助设计对手术效果进行模拟，在影像学引导下，使用机械臂将骨块准确定位到设计的位置，辅助手术医生固定骨块，如此，能够精确定位骨块位置，使术前设计得以精确体现。在固定过程中协助保持骨块位置不变可以有效降低手术误差，提高手术效率和精确性。

为此，本发明采用的一个技术方案是：用于颌面外科手术中的颌骨定位系统，包括以下部件：

可以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。

此外，本发明还公开了一种用于颌面外科手术中的颌骨定位方法：其包括如下步骤：

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，使上下颌可以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