一种用于口腔种植手术窝洞制备的测温系统及温度在线测量方法技术方案

一种用于口腔种植手术窝洞制备的测温系统，包括在线测温装置、热电偶模块、单片机和计算机，所述在线测温装置包括种植手机和中空测温钻头，导电滑环通过导电滑环固定装置与种植手机固定，中空测温钻头内设有用于插入热电偶丝进行温度数据采集的孔道，热电偶丝的测温端插入到该孔道内并且热电偶丝的另一端从孔道接出与导电滑环的内环连接，导电滑环的外环与热电偶模块连接，热电偶模块与单片机连接，单片机与计算机连接。本发明专利技术提供了一种用于口腔种植手术窝洞制备的测温系统及温度在线测量方法，为牙种植过程的操作者(医生或牙种植手术机器人)提供实时的最高温度信息。术机器人)提供实时的最高温度信息。术机器人)提供实时的最高温度信息。

【技术实现步骤摘要】
一种用于口腔种植手术窝洞制备的测温系统及温度在线测量方法


[0001]本专利技术涉及口腔种植
，尤其是涉及一种用于口腔种植手术窝洞制备的测温系统及温度在线测量方法。

技术介绍

[0002]种植牙是在口腔缺牙区的牙槽骨内植入种植体(俗称人工牙根，是替代天然牙在颌骨内行使咀嚼功能的一部分)，待种植体与骨结合后，在其上端制作修复体，完成种植义齿的修复。由于人工种植牙不像传统固定桥修复会对牙齿产生破坏性，并且其咀嚼功能和天然牙也几乎完全相同，所以人工种植牙得到了人们的认可，种植牙已被口腔医学界公认为缺牙的首选修复方式。
[0003]由于种植体是利用外科手术的方式植入牙槽骨内，所以手术时需要利用特有的种植手机和种植钻头在牙槽骨上钻孔，此过程本质是对牙槽骨实施挤压以及摩擦的过程，在此过程内会形成大量的热能，这些热量有些是被钻头以及骨屑带离，有些被血液带离，其余的热量传递至骨骼内使手术区附近骨组织温度升高，当温度升至47℃持续1分钟时(学术界普遍将47℃作用1分钟定义为人体骨组织的热坏死阈值)，就会引起骨组织的热坏死，进而导致种植体和周围骨组织不能进行正常的骨结合。目前，对于不同种植手术操作方式，包括自由手手术、基于导板的静态导航手术、基于视频的动态导航手术，以及种植机器人手术，均采用在操作过程中上下提拉钻头并向钻头喷洒冷却水的方式进行冷却，但提拉钻头的时间控制主要依靠医生的经验，仍然存在产热过多致使窝洞内骨组织温度超过47℃的风险。目前仍然有部分患者在种植体植入术后会出现不同程度疼痛，并且术后半个月CT图像显示，种植体周围出现低密度影像，未形成骨结合，这很大程度上是由于手术备孔过程中存在骨组织灼伤坏死导致的。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术存在的缺陷，本专利技术提供了一种用于口腔种植手术窝洞制备的测温系统及温度在线测量方法，为牙种植过程的操作者(医生或牙种植手术机器人)提供实时的最高温度信息。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0006]一种用于口腔种植手术窝洞制备的测温系统，包括在线测温装置、热电偶模块、单片机和计算机，所述在线测温装置包括种植手机和中空测温钻头，中空测温钻头包括钻柄、钻身和钻尖，钻身外套设有导电滑环，导电滑环通过导电滑环固定装置与种植手机固定，钻身和钻尖依据标准医用麻花钻设计，中空测温钻头内设有用于插入热电偶丝进行温度数据采集的孔道，该孔道一端延伸至钻尖偏上1～2mm位置，其另一端延伸至钻身处并且与外界连通；热电偶丝的测温端插入到该孔道内并且热电偶丝的另一端从孔道接出与导电滑环的内环连接，导电滑环的外环与热电偶模块连接，热电偶模块与单片机连接，单片机与计算机
连接；
[0007]导电滑环接出的是钻头内部热电偶丝测得由温度信号转换得到的电压信号，然后经过热电偶模块将电压信号转换成PLC能识别的模拟量，再用单片机通过模拟数据换算程序将模拟量转成温度数据，最后在计算机上通过串口实时显示钻头内部温度数据。
[0008]进一步，所述导电滑环固定装置设有两个夹持端，分别用于夹持种植手机的夹持处和用于夹持导电滑环。
[0009]一种基于用于口腔种植手术窝洞制备的测温系统的温度在线测量方法，包括以下步骤：
[0010](1)中空测温钻头准备
[0011]热电偶丝的测温端插入中空测温钻头的孔道内，然后将导电滑环套在中空测温钻头上，并进行固定锁紧，热电偶丝的另一端接至导电滑环的内环；
[0012](2)导电滑环固定
[0013]用提前设计好的导电滑环固定装置将其固定在种植手机上，保证钻头转动过程导电滑环的外环不随钻头转动；
[0014](3)温度信号处理模块搭建及测试
[0015]将导电滑环的外环连接热电偶模块，热电偶模块连接单片机，最后单片机接至计算机并且由串口显示温度数据，然后再改变中空测温钻头的温度来测试整个测温系统是否存在问题；
[0016](4)温度数据的实时获取
[0017]测试之后保证整个测温系统没有问题后，可制备窝洞并进行实时钻头内部温度测量；
[0018](5)种植备孔过程的温度场构建及骨组织最高温度获取。
[0019]进一步，所述步骤(5)中还包括以下步骤：
[0020]基于热力学方程，构建骨组织钻孔过程中的二维骨组织钻孔温度理论模型，在此基础上构建二维骨组织钻孔温度仿真模型，并通过热成像扫描温度测量实验和预埋热电偶温度测量实验，获得测量数据作为温度场仿真的输入和校核数据，构建出骨组织钻孔时的完整二维温度场，据此得到基于钻头内实时温度的窝洞内骨组织实时最高温度，显示在计算机的屏幕上，供医生手术操作中的决策。
[0021]本专利技术的有益效果主要表现在：1、牙种植备孔过程在线的温度测量系统大大减少了手术中对医生经验的依赖，可通过测得的钻头内的温度数据为医生提供参考，进而做出一系列控温操作(钻头提拉、加冷却水等)；2、牙种植手术机器人可根据在线温度测量系统测得的温度数据做出一些实时的控温操作(降低转速、降低进给速度、钻头撤出、加冷却水等)；3、通过在线的温度测量系统测得的温度数据可以在温度达到骨的热坏死阈值47℃之前做出反应，使得在整个钻削过程温度始终处于安全范围，保证牙槽骨的活性，促进骨结合，提高手术成功率。
附图说明
[0022]图1是本专利技术的在线测温系统整体示意图。
[0023]图2是中空测温种植钻头示意图。
[0024]图3是中空测温种植钻头剖面示意图。
[0025]图4是钻头与导电滑环连接示意图。
[0026]图5是导电滑环固定示意图。
[0027]图6是种植备孔中的测温点示意图。
[0028]图7是备孔时骨组织内实时最高温度的获取方法流程示意图。
具体实施方式
[0029]下面结合附图对本专利技术作进一步描述。
[0030]参照图1～图7，一种用于口腔种植手术窝洞制备的测温系统，包括在线测温装置1、热电偶模块2、单片机3和计算机4，所述在线测温装置1包括种植手机9和中空测温钻头5，中空测温钻头5包括钻柄、钻身和钻尖，钻身外套设有导电滑环11，导电滑环11通过导电滑环固定装置10与种植手机9固定，钻身和钻尖依据标准医用麻花钻设计，中空测温钻头5内设有用于插入热电偶丝6进行温度数据采集的孔道，该孔道一端延伸至钻尖偏上1～2mm位置，其另一端延伸至钻身处并且与外界连通；热电偶丝6的测温端插入到该孔道内并且热电偶丝6的另一端从孔道接出与导电滑环的内环8连接，导电滑环的外环7与热电偶模块2连接，热电偶模块2与单片机3连接，单片机3与计算机4连接。
[0031](1)中空测温钻头的结构设计
[0032]该钻头的结构设计主要包括三个部分：钻柄设计、钻身和钻尖设计以及钻头内孔道设计。为了能使钻头适用于大部分种植手机9，钻柄处设计按照YY 91010
‑
1999牙科旋转器械配合尺寸国家标准；钻身和钻尖依据标准医用麻花钻设计，因后续需要在钻头内本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于口腔种植手术窝洞制备的测温系统，其特征在于：包括在线测温装置、热电偶模块、单片机和计算机，所述在线测温装置包括种植手机和中空测温钻头，中空测温钻头包括钻柄、钻身和钻尖，钻身外套设有导电滑环，导电滑环通过导电滑环固定装置与种植手机固定，钻身和钻尖依据标准医用麻花钻设计，中空测温钻头内设有用于插入热电偶丝进行温度数据采集的孔道，该孔道一端延伸至钻尖偏上1～2mm位置，其另一端延伸至钻身处并且与外界连通；热电偶丝的测温端插入到该孔道内并且热电偶丝的另一端从孔道接出与导电滑环的内环连接，导电滑环的外环与热电偶模块连接，热电偶模块与单片机连接，单片机与计算机连接；导电滑环接出的是钻头内部热电偶丝测得由温度信号转换得到的电压信号，然后经过热电偶模块将电压信号转换成PLC能识别的模拟量，再用单片机通过模拟数据换算程序将模拟量转成温度数据，最后在计算机上通过串口实时显示钻头内部温度数据。2.如权利要求1所述的一种用于口腔种植手术窝洞制备的测温系统，其特征在于：所述导电滑环固定装置设有两个夹持端，分别用于夹持种植手机的夹持处和用于夹持导电滑环。3.一种基于权利要求1所述的用于口腔种植手术窝洞制备的测温系统的温度在线测量方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：(1)中...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘云峰，崔起，阚天舒，周翔宇，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：