[发明专利]一种口腔种植牙手术的随动装置及方法

权利要求书

1.一种口腔种植牙手术的随动装置，其特征在于，包括：红外双目相机、口腔模型、口腔夹具、机械臂、探针、末端组件、种植手机、种植钻头、术中种植牙导航系统；

其中，所述红外双目相机包含左右两个镜头，作为视觉导航仪；

所述口腔模型包含模拟缺牙位；

所述口腔夹具一端装有反光球，作为第一视觉标记，另一端呈现字母U的形状；

所述探针头部装有反光球，作为第二视觉标记，所述探针末端呈现锥状，用于配准口腔以及所述种植钻头末端标定；

所述机械臂的末端法兰与所述末端组件连接，作为定位工具；

所述末端组件一端连接所述机械臂末端法兰，另一端连接所述种植手机，连接所述机械臂末端法兰的位置上装有反光球，作为第三视觉标记，连接所述种植手机的部分设置有按钮模块，通过按钮可操作所述机械臂进入示教模式、定位模式、定线模式、随动定线模式；

所述种植手机一端连接所述末端组件，另一端连接所述种植钻头；

所述术中种植牙导航系统可精确地将手术场景中的物体及其相对位置实时可视化，并实时反馈所述种植钻头位置和目标位置之间的相对位置关系。

2.一种口腔种植牙手术的随动方法，其特征在于，包括以下步骤：

S101，设备与系统准备，获取所述第三视觉标记和所述种植手机末端的相对位置关系；

S102，牙颌配准，获取红外双目相机坐标系和口腔CT坐标系的转换关系；

S103，在所述种植手机末端安装种植钻头，并进行所述种植钻头末端标定；

S104，获取所述机械臂末端工具的当前位姿，即所述种植钻头的当前位姿；

S105，根据各坐标系之间的转换关系获取目标位置至机械臂基座坐标系的旋转矩阵，并转化为所述机械臂运动指令所需要的旋转矢量参数；

S106，所述机械臂带动所述种植钻头运动，自动定位至目标位置；

S107，开启随动定线模式，实时计算所述种植钻头和目标位置的距离，所述机械臂带动所述种植钻头根据目标位置的变化实时移动，植入所述种植体；

S108，验证种植精度，判断当前种植体是否植入到位。

3.根据权利要求2所述的一种口腔种植牙手术的随动方法，其特征在于，S101中所述设备与系统准备，获取所述第三视觉标记和所述种植手机末端的相对位置关系，包括：

将所述口腔夹具佩戴于所述口腔模型中；

启动术中种植牙导航系统，并在导航系统中确认所述红外双目相机可稳定识别第一视觉标记、第二视觉标记、第三视觉标记；

利用所述探针标定所述种植手机的末端，计算得到所述第三视觉标记和所述种植手机末端的相对位置关系Matrix_drill2flange。

4.根据权利要求2所述的一种口腔种植牙手术的随动方法，其特征在于，S102中所述牙颌配准，获取红外双目相机坐标系和口腔CT坐标系的转换关系，包括：

建立红外双目相机坐标系：所述红外双目相机坐标系XYZ以相机左眼为坐标中心，平行于相机面的水平轴线为X轴，垂直于相机面向外为Z轴；

根据CBCT扫描设备确定CT坐标系，所述CT坐标系与所述口腔夹具上的第一视觉标识的相对位置关系是固定的，且所述红外双目相机可识别所述口腔夹具上的第一视觉标记；

配准所述红外双目相机坐标系和所述口腔CT坐标系，获取两个坐标系之间的关系，转换矩阵记为Matrix_ndi2ct，可表示为：。

5.根据权利要求2所述的一种口腔种植牙手术的随动方法，其特征在于，S104中所述获取所述机械臂末端工具的当前位姿，即所述种植钻头的当前位姿，包括：

设备启动后所述机械臂控制器实时向所述术中种植牙导航系统中以旋转矢量的格式发送所述机械臂末端工具的当前位姿（x，y，z，rx，ry，rz）；

通过计算将旋转矢量转换成旋转矩阵，记为Matrix_drill2base。