一种带防脱落检测的口腔种植手术机器人及控制方法技术

本发明专利技术公开了一种带防脱落检测的口腔种植手术机器人及控制方法，机器人包含机器人装置、CT成像装置、相机、控制装置、支撑装置；机器人装置包含基座、脚踏器、机械臂，基座安装于支撑装置的一侧，脚踏器控制连接机械臂，机械臂上安装有种植手机或种植钻针；CT成像装置包含射线源、探测器、旋转机架，旋转机架安装于支撑装置近支撑装置放置头部的一侧，射线源、探测器安装于旋转机架两侧的内壁；探测器、相机与控制装置连接进行数据交互，控制装置控制连接机械臂、射线源、探测器、相机、支撑装置；控制装置内置有用于依据相机获取并由控制装置处理后得到的数据进行防脱落检测的防脱落检测模块；控制方法包含步骤A1

【技术实现步骤摘要】
一种带防脱落检测的口腔种植手术机器人及控制方法


[0001]本专利技术涉及口腔种植手术机器人领域，具体涉及一种带防脱落检测的口腔种植手术机器人及控制方法。

技术介绍

[0002]当前，为了提高口腔种植手术精度，缩短手术时间，出现一些基于手术导航系统引导的种植机器人，这些系统通过视觉导航设备，跟踪固定连接在牙齿或手术器械上的基准标记物，间接获取手术器械与口腔种植点的位姿，该位姿决定手术机器人的手术轨迹，因此位姿准确度将直接影响手术精度及安全性，导航设备通常认为基准标记物与牙齿之间始终固定连接，没有对基准标记物脱落等特殊情况进行预防，一定程度上限制了口腔种植机器人系统安全性；
[0003]因此需要一种带防脱落检测功能的口腔种植手术机器人来实时检测基准标记物是否产生脱落，即基准标记物与牙齿之间是否始终相对静止，当检测到基准标记物产生脱落时，暂停手术，并给出报警信息，以此来进一步提高口腔种植机器人系统安全性。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是提供一种带防脱落检测的口腔种植手术机器人,本专利技术还提供一种带防脱落检测的口腔种植手术机器人的控制方法，能够实时对基准标记物进行防脱落检测，提高口腔种植机器人系统安全性；机器人装置与CT成像装置一体化设计，在手术关键阶段或种植手术完成后，CT设备在线确认种植精度，提高了手术效率及精度，用以解决现有技术导致的缺陷。
[0005]为解决上述技术问题本专利技术提供以下的技术方案：
[0006]第一方面，一种带防脱落检测的口腔种植手术机器人，其中，包含机器人装置、CT成像装置、相机、控制装置、支撑装置；
[0007]所述机器人装置包含基座、脚踏器以及安装于所述基座顶部的机械臂，所述基座安装于支撑装置的一侧，所述脚踏器控制连接所述机械臂，所述机械臂是6自由度机械臂，所述机械臂的末端法兰安装有种植手机或种植钻针；
[0008]所述CT成像装置包含射线源、探测器、旋转机架，所述旋转机架安装于所述支撑装置近所述支撑装置放置头部的一侧，所述射线源、所述探测器安装于所述旋转机架两侧的内壁，所述旋转支架转动用以完成CT扫描，所述旋转机架的底部安装有轨道，所述旋转机架可沿轨道移动以提高手术的效率；
[0009]所述探测器、所述相机分别与所述控制装置连接进行数据交互，所述控制装置分别控制连接所述机械臂、所述射线源、所述探测器、所述相机、所述支撑装置；
[0010]所述控制装置内置有用于依据所述相机获取并由所述控制装置处理后得到的数据进行防脱落检测的防脱落检测模块；
[0011]所述相机实时检测基准标记物、所述种植手机或所述种植钻针并将术中基准标记
物、所述机械臂、所述术前CT图像数据统一坐标系(转换到术前三维CT图像空间或转换到机械臂空间中，前者可用于实时可视化所述种植手机或所述种植钻针与术前规划路径、种植体等之间的相对位姿关系，给操作者提供参考建议；后者可用于控制所述机械臂及所述种植手机或所述种植钻针自动调整位姿，执行种植操作)，通过对术前及术中基准标记物进行识别、配准或匹配，实现术前CT图像与术中基准标记物统一坐标系；
[0012]CT扫描确认可在器械末端即将到达种植位置等关键环节中多次进行，直接获取所述种植手机或所述种植钻针、种植体等相对位姿关系，而不是通过相机间接获取，因此减少干扰因素带来的误差，提高手术精度；
[0013]统一坐标系后，通过相机实时检测基准标记物、所述种植手机或所述种植钻针的位姿，可同时转换到术前三维CT图像空间或转换到机械臂空间中，前者可用于实时可视化种植手机与术前规划路径、种植体等之间的相对位姿关系，给医生或助手提供参考建议；后者可用于控制所述机械臂及所述种植手机或所述种植钻针自动调整位姿，执行种植操作；
[0014]为了与在线CT扫描确认种植手术精度相配合，患者的所述支撑装置需尽可能小，以避免与所述CT成像装置的所述旋转机架发生碰撞或干涉，患者的所述支撑装置靠近CT扫描部分可采用碳纤维材质。
[0015]上述的一种带防脱落检测的口腔种植手术机器人，其中，所述控制装置包含微处理器、图像识别模块、图像分析模块，所述防脱落检测模块内置于所述微处理器；
[0016]所述微处理器用于发送成像指令至所述射线源、所述探测器、所述相机、所述支撑装置，驱动所述旋转机架平移与旋转以完成扫描、还用于接收所述探测器传输的三维CT图像数据、所述相机传输的拍摄图像数据，并将所述三维CT图像数据和所述拍摄图像数据传输至所述图像识别模块、所述图像分析模块，所述微处理器还用于将所述拍摄图像数据传输至所述防脱落检测模块；
[0017]所述图像识别模块用于对所述三维CT图像数据和所述拍摄图像数据进行识别并生成传输至所述微处理器的图像识别数据；
[0018]所述图像分析模块用于对所述三维CT图像数据和所述拍摄图像数据进行分析并生成传输至所述微处理器的图像分析数据；
[0019]所述防脱落检测模块用于依据所述拍摄图像数据进行防脱落检测得到传输至所述微处理器的防脱落检测数据；
[0020]所述微处理器依据所述图像识别数据、所述图像分析数据、所述防脱落检测数据来控制所述机械臂工作，所述微处理器通过制定手术术前规划来控制手术机械臂工作，根据所述脚踏器与连接所述微处理器的控制面板来控制所述机械臂，根据所述控制面板来控制所述射线源、所述探测器、所述旋转机架、所述相机、所述支撑装置，所述微处理器主要由一个或多个计算工作站组成，也可以为多个微处理单元，是各子系统的控制和运算中枢，也是术前规划、术中操作和人机交互的主要部分，每个所述计算工作站或所述微处理单元，所述微处理器外连接显示器，用于显示影像数据和手术方案。
[0021]上述的一种带防脱落检测的口腔种植手术机器人，其中，所述相机为双目相机或单目相机，所述双目相机或单目相机用于检测并识别基准标记物，间接计算种植手机及口腔种植点位姿，所述双目相机或单目相机采用近红外动态跟踪测量系统，近红外波段为850nm，用于检测并识别基准标记物，基准标记物采用表面涂有反射性材料的圆形标记点或
主动发光的基准标记物；
[0022]所述微处理器通过分割、模板匹配等算法自动识别所述三维CT图像数据中种植手机或种植钻针、种植体等并计算出相应的位姿，也可以进行手动或半自动分割，允许医生手动调整识别和分割结果，并相应更新器械末端在颌骨中的位置和深度信息；
[0023]所述支撑装置为牙科治疗椅；
[0024]所述CT成像装置可采用锥形束CT成像装置、螺旋CT成像装置、C型臂CT成像装置、O型臂CT成像装置任意一种替换；
[0025]所述微控制器可对术中采集的三维CT图像数据与术前规划的CT图像进行配准，也可对术中相机获取的基准标志物与术前规划时的CT图像数据进行配准，从而将规划方案叠加显示到术中采集的实时图像上；由于患者在术前和术中的咬合程度可能不同，上下颌骨的相对位置和角度会发生变化，因此，在配准前，需要对上下颌骨进行图像分割，然后本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带防脱落检测的口腔种植手术机器人，其特征在于，包含机器人装置、CT成像装置、相机、控制装置、支撑装置；所述机器人装置包含基座、脚踏器以及安装于所述基座顶部的机械臂，所述基座安装于支撑装置的一侧，所述脚踏器控制连接所述机械臂，所述机械臂上安装有种植手机或种植钻针；所述CT成像装置包含射线源、探测器、旋转机架，所述旋转机架安装于所述支撑装置近所述支撑装置放置头部的一侧，所述射线源、所述探测器安装于所述旋转机架两侧的内壁；所述探测器、所述相机分别与所述控制装置连接进行数据交互，所述控制装置分别控制连接所述机械臂、所述射线源、所述探测器、所述相机、所述支撑装置；所述控制装置内置有用于依据所述相机获取并由所述控制装置处理后得到的数据进行防脱落检测的防脱落检测模块。2.如权利要求1所述的一种带防脱落检测的口腔种植手术机器人，其特征在于，所述控制装置包含微处理器、图像识别模块、图像分析模块，所述防脱落检测模块内置于所述微处理器；所述微处理器用于发送成像指令至所述射线源、所述探测器、所述相机、所述支撑装置，还用于接收所述探测器传输的三维CT图像数据、所述相机传输的拍摄图像数据，并将所述三维CT图像数据和所述拍摄图像数据传输至所述图像识别模块、所述图像分析模块，所述微处理器还用于将所述拍摄图像数据传输至所述防脱落检测模块；所述图像识别模块用于对所述三维CT图像数据和所述拍摄图像数据进行识别并生成传输至所述微处理器的图像识别数据；所述图像分析模块用于对所述三维CT图像数据和所述拍摄图像数据进行分析并生成传输至所述微处理器的图像分析数据；所述防脱落检测模块用于依据所述拍摄图像数据进行防脱落检测得到传输至所述微处理器的防脱落检测数据；所述微处理器依据所述图像识别数据、所述图像分析数据、所述防脱落检测数据来控制所述机械臂工作。3.如权利要求2所述的一种带防脱落检测的口腔种植手术机器人，其特征在于，所述相机为双目相机或单目相机；所述支撑装置为牙科治疗椅；所述CT成像装置可采用锥形束CT成像装置、螺旋CT成像装置、C型臂CT成像装置、O型臂CT成像装置任意一种替换。4.一种如权利要求1
‑
3任一项所述的带防脱落检测的口腔种植手术机器人的控制方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤A1:所述CT成像装置扫描口腔获得术前的基准三维CT图像数据，利用基准三维CT图像数据确定种植方案；步骤A2:对种植手机或种植钻针进行工具标定；步骤A3:对机械臂和相机进行位置标定，统一坐标系；步骤A4:相机实时获取基准标记物位姿并进行防脱落检测；步骤A5:根据实时获取的基准标记物位姿计算种植位姿并转换到机械臂空间；
步骤A6:根据种植方案、种植区域的位姿以及机械臂当前位姿控制种植手机或种植钻针移动到种植区域；步骤A7：相机实时获取种植手机或种植钻针的位姿，控制装置控制机械臂进行手动模式或自动模式的种植操作；步骤A8:种植完成后，所述CT成...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晨学，陈毅，邓露珍，
申请(专利权)人：上海优医基医疗影像设备有限公司，
类型：发明
国别省市：