用于模拟牙科手术的设备和方法技术

一种牙科手术模拟器(1)，包括支撑结构和悬挂于所述支撑结构的联动装置(40)。所述联动装置(40)由被配置为模拟牙科手术或治疗的计算机(80)控制。手持件(30)耦连到所述联动装置(40)并且被配置为握在用户的手中并由所述用户在真实空间中的工作空间(W)中操纵。模体头(10)设置有模体上颌(13)和模体下颌(14)而且由所述支撑结构支撑并布置在所述工作空间(W)内。所述模体下颌(14)被布置为相对于所述模体上颌(13)可移动。上颌(13)可移动。上颌(13)可移动。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于模拟牙科手术的设备和方法


[0001]本公开涉及用于模拟医疗和牙科手术和方法的设备和方法，特别是使用虚拟、混合和/或增强现实来模拟医师、牙医、牙科/口腔/颌面外科医生、牙科保健员或牙科治疗师的活动的设备和方法。

技术介绍

[0002]牙科学，也称为牙科和口腔医学，是医学的一个分支，包括研究、诊断、预防和治疗口腔疾病、障碍和病症，它们通常在齿列中，但也在口腔黏膜，以及邻近和相关的结构和组织中，特别是在颌面(颌和面)区域。牙科包括与口腔相关的实践，由牙医、牙科外科医生、口腔外科医生、颌面外科医生、牙科保健员和牙科治疗师以牙科手术和治疗的形式进行。
[0003]牙科学生需要训练设施，而使用真实患者具有明显的缺点。
[0004]用于模拟牙科手术的牙科模拟器在本领域中是已知的。这些模拟器用于培训牙科学生，从而减少了针对具有塑料模体牙齿的塑料模体头(其不能提供准确的模拟，不允许客观评估或跟踪工作，并且不环保)的培训需求并减少了针对真实患者的培训需求。已知的牙科模拟器包括控制模拟并托管虚拟环境的计算机、显示模拟环境的显示屏以及连接到计算机以提供输入的一个或两个手持件。模拟环境包括对象、虚拟牙齿组、由手持件控制的工具的虚拟版本，以及手持件本身的虚拟版本。工具可以是手术器械(手术刀、注射器等)或其他装置(诸如镜子或探针)。手持件连接到确定其位置和方向的传感器，其用于控制(显示)工具在虚拟环境中的位置。通常，手持件中的一个安装在触觉反馈系统上，计算机通过该系统控制用户通过手持件感受到的力。
[0005]静止的U形导轨等用作牙科学生(用户)的手/手指的放手架。在真实的牙科手术或治疗中，牙医通常会将他的手指放在患者的牙齿和颌上，并且在已知的牙科模拟器中使用单个固定U形导轨进行的模拟不是真实的模拟。
[0006]视觉显示屏设置在用户的眼睛与手持件和导轨之间，并呈现显示虚拟颌上的虚拟牙齿组的虚拟环境。已知的模拟器包括控制模拟并托管虚拟环境的计算机、显示模拟环境的显示屏以及连接到计算机以提供输入/输出的一个或两个手持件。模拟环境包括对象，以及由手持件控制的工具的虚拟版本。工具可以是手术器械(手术刀、注射器等)或其他装置(诸如镜子或探针)。手持件连接到确定其位置的传感器，用于控制工具在虚拟环境中的位置。手持件中的一个安装在触觉反馈系统上，该系统允许计算机控制用户通过手持件感受到的力，从而使更逼真的模拟成为可能。因此，手持件的虚拟版本显示在显示屏上，但用户看不到他或她自己的手指或手，这是一个缺点，因为它使得用户无法进行重要的视觉输入。

技术实现思路

[0007]目的是提供一种克服或至少减少上述问题中的至少一个的牙科模拟器。
[0008]前述和其他目的通过独立权利要求的特征来实现。另外的实现方式在从属权利要求、说明书和附图中显现。
[0009]根据第一方面，提供了一种牙科手术模拟器，其包括：支撑结构，显示屏，被配置为模拟牙科手术或治疗的计算机，悬挂于支撑结构的联动装置，所述联动装置由计算机控制以通过提供触觉力反馈来模拟医疗手术或治疗，可操作地耦连到联动装置并被配置为握在用户的手中并由用户在真实空间中的工作空间中操纵的手持件，由支撑结构支撑并布置在工作空间中的模体上颌和模体下颌，模体下颌优选地被布置为相对于模体上颌可移动，计算机被配置为在显示屏上显示虚拟环境，所述虚拟环境包括与模体上颌或模体下颌共同定位的至少一个虚拟牙齿。
[0010]通过提供模体上颌和下颌，牙科手术的计算机模拟对用户来说变得更加逼真，这是由上和/或下颌的存在引起的混合的现实造成的。存在模体颌，用户可以在其上支撑他们的手/手指，方式密切模拟牙医在真实患者身上支撑手/手指的方式，并增强了计算机模拟体验。此外，上颌和下颌的视觉存在为具有真实患者的工作环境提供了更真实的表示，因此提供了更逼真的模拟。
[0011]根据第一方面的一种可能的实现方式，模体上颌和模体下颌相对于支撑结构是可移动的，牙科手术模拟器包括一个或多个传感器，该传感器被配置为感测模体上颌和模体下颌相对于支撑结构的位置和方向，其中计算机通过一个或多个传感器接收模体上颌和模体下颌的位置和方向，并且所述计算机被配置为根据所述模体上颌或模体下颌的运动调整至少一个虚拟牙齿的方向和位置，使得当模体上颌或模体下颌移动时，所述至少一个虚拟牙齿保持与模体上颌或模体下颌在显示屏上保持共同定位。
[0012]根据第一方面的一种可能的实现方式，模体上颌和模体下颌可由用户手动移动。
[0013]根据第一方面的一种可能的实现方式，计算机被配置为至少显示虚拟上颌的一部分和虚拟下颌的一部分，计算机被配置为在显示屏上将虚拟上颌与模体上颌共同定位并且将虚拟下颌与模体下颌共同定位，当模体上颌或模体下颌移动时也是如此。
[0014]根据第一方面的一种可能的实现方式，模体下颌通过铰链机构例如四杆运动链，优选模拟人颌运动的铰链机构悬挂于模体上颌。
[0015]根据第一方面的一种可能的实现方式，模体下颌悬挂于模体上颌，以允许在打开位置和闭合位置之间运动。
[0016]根据第一方面的一种可能的实现方式，牙科手术模拟器包括位置传感器，所述位置传感器被配置为产生指示模体下颌相对于模体上颌的位置的信号。
[0017]根据第一方面的一种可能的实现方式，闭合位置对应于用于检查咬合减少(occlusal reduction)的位置。
[0018]根据第一方面的一种可能的实现方式，计算机被配置为在显示屏上显示用于模体上颌的虚拟上牙齿组和用于模体下颌的虚拟下牙齿组，从而允许对处于闭合位置的虚拟牙齿组进行视觉咬合检查。
[0019]根据第一方面的一种可能的实现方式，模体上颌悬挂于支撑结构，以允许以一个、两个或三个旋转自由度旋转，优选地每个自由度的旋转中心位于模体上颌和模体下颌之间。
[0020]根据第一方面的一种可能的实现方式，优选地一个、两个或三个自由度的旋转被手动赋予，并且其中牙科手术模拟器包括一个或多个旋转位置传感器，用于针对一至三个自由度中的每一个感测模体上颌的旋转。
[0021]根据第一方面的一种可能的实现方式，计算机接收来自一个或多个旋转位置传感器的信号，并且其中计算机(80)被配置为根据来自旋转位置传感器的信号调整牙科手术或治疗的模拟。
[0022]根据第一方面的一种可能的实现方式，模体上颌通过第一机构悬挂于支撑结构，所述第一机构允许上颌围绕设置在工作空间中的第一水平轴线Y旋转，而第一机构不侵入工作空间，第一机构优选地包括远程中心联动装置，优选地两个间隔开的平行远程中心联动装置。
[0023]根据第一方面的一种可能的实现方式，模体上颌通过第二机构悬挂于支撑结构，所述第二机构允许模体上颌围绕设置在工作空间中的第二水平轴线旋转，而第二机构不与工作空间相交。
[0024]根据第一方面的一种可能的实现方式，模体上颌通过第三机构悬挂于支撑结构，所述第三机构允许模体上颌围绕竖直轴线Z旋转，而第三机构不与工作空间相交。
[0025]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种牙科手术模拟器(1)，包括：支撑结构，显示屏(9)，被配置为模拟牙科手术或治疗的计算机(80)，悬挂于所述支撑结构的联动装置(40)，所述联动装置(40)由所述计算机(80)控制以通过提供触觉力反馈来模拟医疗手术或治疗，手持件(30)，所述手持件可操作地耦连到所述联动装置(40)并且被配置为握在用户的手中并由所述用户在真实空间中的工作空间(W)中操纵，由所述支撑结构可移动地支撑并布置在所述工作空间(W)中的模体上颌(13，21)和/或模体下颌(14，20)，所述计算机(8)被配置为在所述显示屏(9)上显示虚拟环境，所述虚拟环境包括与所述模体上颌(13，21)或与所述模体下颌(14，20)共同定位的至少一个虚拟牙齿。2.根据权利要求1所述的牙科手术模拟器(1)，其中，所述计算机(80)被配置为产生包括虚拟手持件、虚拟上颌和虚拟下颌的虚拟环境，所述计算机(80)被配置为在所述显示屏(9)上显示所述虚拟环境，并且所述计算机(80)被配置为：将所述虚拟手持件与所述手持件(30)共同定位，将所述虚拟上颌与所述模体上颌(13)共同定位，和/或将所述虚拟下颌与所述模体下颌(14)共同定位。3.根据权利要求1或2所述的牙科手术模拟器(1)，其中，所述模体下颌(14)优选布置为相对于所述模体上颌(13)可移动。4.根据权利要求1至3中任一项所述的牙科手术模拟器(1)，其中，所述模体上颌(13)和所述模体下颌(14)设置有用于容接模体牙齿(22)的一个或多个凹槽(23)，并且其中所述至少一个虚拟牙齿与用于容接模体牙齿(22)的所述一个或多个凹槽中的一个在所述显示屏(9)上共同定位，所述一个或多个凹槽中的所述一个优选地不具有容接在其中的模体牙齿(22)。5.根据权利要求1至5中任一项所述的牙科手术模拟器(1)，其中，所述模体上颌(13)优选地与所述模体下颌(14)一致地相对于所述支撑结构可移动，所述牙科手术模拟器(1)包括一个或多个传感器，所述传感器被配置为感测所述模体上颌(13)和所述模体下颌(14)相对于所述支撑结构的位置和方向，其中所述计算机(80)通过所述一个或多个传感器接收所述模体上颌(13，21)和优选地所述模体下颌(14，20)的位置和方向，并且所述计算机(80)被配置为根据所述模体上颌(13，21)或优选地所述模体下颌(14，20)的运动调整所述至少一个虚拟牙齿的方向和位置，使得当所述模体上颌(13，21)或模体下颌(14，20)移动时，所述至少一个虚拟牙齿与所述模体上颌(13，21)或模体下颌(14，20)在所述显示屏(9)上保持共同定位。6.根据权利要求1至5中任一项所述的牙科手术模拟器(1)，其中，所述计算机(80)被配置为至少显示所述虚拟上颌的一部分和所述虚拟下颌的一部分，所述计算机被配置为在所述显示屏上将所述虚拟上颌与所述模体上颌(13，21)共同定位并且将所述虚拟下颌与所述
模体下颌(14，20)共同定位，当所述模体上颌(13，21)或所述模体下颌(14，20)移动时也是如此。7.根据权利要求1至6中任一项所述的牙科手术模拟器(1)，其中，所述模体下颌(14)通过铰链机构(15)例如四杆运动链，优选模拟人颌运动的铰链机构(15)悬挂于所述模体上颌(13)。8.根据权利要求1至7中任一项所述的牙科手术模拟器(1)，其中，所述模体下颌(14)悬挂于所述模体上颌(13)以允许在打开位置和闭合位置之间运动。9.根据权利要求1至8中任一项所述的牙科手术模拟器(1)，包括位置传感器，所述位置传感器被配置为产生指示所述模体下颌(14)相对于所述模体上颌(13)的位置的信号。10.根据权利要求8或9所述的牙科手术模拟器(1)，其中，所述闭合位置对应于用于检查咬合减少的位置，并且其中所述计算机(80)优选地被配置为在显示屏上显示用于所述模体上颌(13)的虚拟上牙齿组和用于所述模体下颌(14)的虚拟下牙齿组，从而允许对处于所述闭合位置的虚拟牙齿组进行视觉咬合检查。11.根据权利要求1至10中任一项所述的牙科手术模拟器(1)，其中，所述模体上颌(13)悬挂于所述支撑结构以允许以一个、两个或三个旋转自由度旋转，优选地每个自由度的旋转中心位于所述模体上颌(13)和所述模体下颌(14)之间。12.根据权利要求8所述的牙科手术模拟器(1)，其中，所述一个、两个或三个自由度的旋转优选地被手动赋予，并且其中所述牙科手术模拟器(1)包括一个或多个旋转位置传感器，用于感测所述模体上颌(13)的所述一至三个自由度中的每一个的旋转。13.根据权利要求1至12中任一项所述的牙科手术模拟器(1)，其中，所述模体上颌(13)通过第一机构(11)悬挂于所述支撑结构，所述第一机构允许所述上颌围绕布置在所述工作空间(W)中的第一水平轴线Y旋转，而所述第一机构(11)不侵入所述工作空间(W)，所述第一机构(11)优选地包括远程中心联动装置，优选地两个间隔开的并联远程中心联动装置。14.根据权利要求1至10中任一项所述的牙科手术模拟器(1)，其中，所述模体上颌(13)通过第二机构悬挂于所述支撑结构，所述第二机构允许所述模体上颌(13)围绕布置在所述工作空间(W)中的第二水平轴线X旋转，而所述第二机构不与所述工作空间(W)相交。15.根据权利要求1至14中任一项所述的牙科手术模拟器(1)，其中，所述模体上颌(13)通过第三机构(16)悬挂于所述支撑结构，所述第三机构允许所述模体上颌(13)围绕竖直轴线Z旋转，而所述第三机构(16)不与所述工作空间(W)相交。16.根据权利要求1至15中任一项所述的牙科手术模拟器(1)，其中，所述模体上颌(13)包括上支撑构件(19)，所述上支撑构件具有可拆卸地附连到其上的可拆卸上颌元件(21，24)，并且其中所述模体下颌(14)包括下支撑构件(18)，所述下支撑构件具有可拆卸地附连到其上的可拆卸下颌元件(20，25)，所述可拆卸上颌元件优选地是通用上颌元件(25)，所述通用上颌元件(25)优选地不具有/限定牙齿，并且其中所述可拆卸下颌元件优选地是通用下颌元件(24)，所述可拆卸下颌元件(24)优选地不具有/限定牙齿。17.根据权利要求16所述的牙科手术模拟器(1)，其中，所述可拆卸上颌元件是设置有模体牙齿(22)的特定上颌元件(21)，所述牙齿(22)优选可拆卸地附连到所述特定上颌元件(21)，具有其牙齿(22)的所述特定上颌元件(21)优选地是具有其牙齿的真实人上颌的一部分的精确复制品，并且其中所述可拆卸下颌元件是设置有模体牙齿(22)的特定下颌元件
(20)，所述牙齿(22)优选可拆卸地附连到所述特定下颌元件(20)，并且具有其牙齿(22)的所述特定下颌元件(20)优选地是具有其牙齿的真实人下颌的一部分的精确复制品。18.根据权利要求1至17中任一项所述的牙科手术模拟器(1)，其中，所述模体上颌和/或所述模体下颌是分段的模体颌，其中至少一个节段被布置为可拆卸的。19.一种牙科手术模拟器(1)，包括：支撑结构，被配置为模拟牙科手术或治疗的计算机(80)，悬挂于所述支撑结构的联动装置(40)，所述联动装置(40)由所述计算机(80)控制以通过提供被配置为模拟牙科手术或治疗的触觉力反馈来模拟医疗手术或治疗，手持件(30)，所述手持件可操作地耦连到所述联动装置(40)并且被配置为握在用户的手中并由所述用户在真实空间中的工作空间(W)中操纵，由所述支撑结构可移动地支撑并布置在所述工作空间(W)中的模体上颌(13，21)，其中所述模体上颌(13)通过机构悬挂于所述支撑结构，所述机构允许所述模体上颌(13)围绕布置在所述工作空间(W)中的至少一个轴线旋转，而所述机构不与所述工作空间(W)相交。20.根据权利要求19所述的牙科手术模拟器(1)，其中，所述模体上颌(13)通过第一机构(11)悬挂于所述支撑结构，所述第一机构允许所述上颌围绕布置在所述工作空间(W)中的水平轴线(Y)旋转，而所述第一机构(11)不侵入所述工作空间(W)，所述第一机构(11)优选地包括至少一个间隔开的并联远程中心联动装置。21.根据权利要求19或20所述的牙科手术模拟器(1)，其中，所述模体上颌(13)通过第二机构悬挂于所述支撑结构，所述第二机构允许所述模体上颌(13)围绕水平轴线(X)旋转，而所述第二机构不与所述工作空间(W)相交，所述第二机构优选地包括在所述模体头(10)和所述模体上颌(13)之间延伸的L形板(12)。22.根据权利要求21至21中任一项所述的牙科手术模拟器(1)，其中，所述模体上颌(13)通过第三机构(16)悬挂于所述支撑结构，所述第三机构允许所述模体上颌(13)围绕竖直轴线(Z)旋转，而所述第三机构(16)不与所述工作空间(W)相交，所述第三机构(16)优选地包括将所述第一机构(11)连接到L形板(12)并且允许所述L形板(12)围绕竖直轴线(Z)旋转的铰链销。23.一种用于模拟或训练牙科手术或治疗的设备(1)，所述设备包括：手持件(30)，所述手持件被配置为握在用户的手中并由所述用户在真实空间中的工作空间中操纵，触觉臂(40)，所述触觉臂由被配置为模拟牙科手术或治疗的计算机(80)控制，所述手持件(30)机械连接到所述触觉臂(40)，具有用于驱动牙钻的马达的动力牙科手持件(130)，在所述工作空间中的用于支撑至少一个模体牙齿(22)的支撑件。24.根据权利要求23所述的设备(1)，其中，所述动力牙科手持件(130)通过连接到所述动力牙科手持件(30)的缆线(133)提供电功率或气动功率。25.根据权利要求23或24所述的设备(1)，其中，所述设备(1)包括用于支撑所述至少一个模体牙齿(22)的至少一个模体颌(13，14)。
26.根据权利要求23至25中任一项所述的设备(1)，其中，所述模体牙齿(22)至少部分地由聚合物材料制成。27.根据权利要求23至26中任一项所述的设备(1)，其中，所述计算机(80)至少具有用于使用所述手持件(30)模拟牙科手术或治疗的第一操作模式和用于使用所述动力手持件(130)训练牙科手术或治疗的第二操作模式。28.根据权利要求23至27中任一项所述的设备(1)，其中，所述手持件(30)是不包括任何马达并且不被配置为操作牙钻的无源手持件，所述手持件(30)优选地成形为牙钻手持件。29.一种医疗手术模拟器(1)，包括：手持件(30)，所述手持件被配置为握在用户的手中并由所述用户在真实空间中的工作空间中操纵，以及联动装置(40)，所述联动装置由被配置为模拟医疗手术或治疗的计算机(80)控制，所述联动装置(40)包括长型主联接件(41)，第一曲柄(42)、第二曲柄(44)和第三曲柄(46)，驱动所述第一曲柄(42)的第一致动器(47)，驱动所述第二曲柄(44)的第二致动器(48)，驱动所述第三曲柄(46)的第三致动器(49)，所述手持件(30)通过机械接头连接到所述主联接件(41)的末端，所述第一曲柄(42)被布置为沿纵向方向致动所述主联接件(41)，所述第二曲柄(44)被布置为沿第一横向方向致动所述主联接件(41)，并且所述第三曲柄(46)被布置为沿不同于所述第一横向方向的第二横向方向致动所述主联接件(41)，其特征在于所述第一曲柄(42)通过第二机械接头直接耦连到所述主联接件(41)，所述第二曲柄(44)通过第一连杆(43)耦连到所述主联接件(41)，所述第一连杆(43)在第一端部耦连到所述第二曲柄(44)并且所述第一连杆(43)在第二端部耦连到所述主联接件(41)，以及所述第三曲柄(46)通过第二连杆(45)耦连到所述主联接件(41)，所述第二连杆(45)在第一端部耦连到所述第三曲柄(46)并且所述第二连杆(45)在第二端部耦连到所述主联接件(41)。30.根据权利要求29所述的医疗手术模拟器(1)，其中，所述第一曲柄(42)在第一轴向位置处连接到所述主联接件(41)，所述第一连杆(43)在所述末端和所述第一轴向位置之间的第二轴向位置处耦连到所述主联接件(41)并且所述第二连杆(45)在所述末端和所述第一轴向位置之间的第三轴向位置处耦连到所述主联接件(41)，所述第二和第三轴向位置优选地基本相同。31.根据权利要求30所述的医疗手术模拟器(1)，其中，所述主联接件(41)包括三维力传感器(50)，用于感测由所述用户在三个维度上施加到所述手持件(30)的力，所述三维力传感器(50)设置在所述末端位置和所述第二和/或第三轴向位置之间，并且所述三维力传感器(50)优选地是所述主联接件(41)的组成部分。
32.根据权利要求29至32中任一项所述的医疗手术模拟器(1)，其中，所述第一、第二和/或第三曲柄(42，44，46)耦连到旋转位置传感器或编码器(26，27，28)。33.根据权利要求29至32中任一项所述的医疗手术模拟器(1)，其中，所述第一、第二和/或第三致动器(47，48，49)是旋转致动器。34.根据权利要求29至33中任一项所述的医疗手术模拟器(1)，其中，所述第一、第二和第三曲柄(42，44，46)的相应旋转轴线相对于彼此正交布置。35.根据权利要求29至34中任一项所述的医疗手术模拟器(1)，其中，所述第一连杆(43)基本水平地延伸，所述第二连杆(45)基本竖直地延伸，并且所述第一曲柄的旋转轴线基本竖直地延伸。36.根据权利要求29至35中任一项所述的医疗手术模拟器(1)，其中，所述计算机(80)被配置为通过利用所述联动装置(40)的触觉反馈、优选地触觉力控制反馈以及通过利用显示屏(9)的视觉反馈来模拟医疗手术或治疗。37.根据权利要求29至36中任一项所述的医疗手术模拟器(1)，包括基准件(51)，其中所述第一、第二和第三曲柄(42，44，46)安装在所述基准件(51)上。38.根据权利要求29至38中任一项所述的医疗手术模拟器(1)，包括基准件，其中相对于所述基准件(51)，所述联动装置(40)为所述手持件(30)提供至少六个独立的自由度。39.一种牙科手术模拟器(1)，包括：被配置为模拟牙科手术或治疗的计算机(80)，由所述计算机(...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴恩，
申请(专利权)人：斯密托利弗私人有限公司，
类型：发明
国别省市：