本發(fā)明涉及正畸機(jī)器人，具體涉及一種正畸機(jī)器人導(dǎo)航方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、牙齒的錯(cuò)頜畸形等缺陷，不僅會(huì)影響容貌，還會(huì)對咀嚼、發(fā)音等有著不可抗力的影響，嚴(yán)重降低患者的生活質(zhì)量。

2、口腔正畸是針對牙齒錯(cuò)頜畸形，利用矯治器對牙齒施加機(jī)械矯治力和力矩，調(diào)整顏面骨骼、牙齒和頜面肌肉三者間的平衡和協(xié)調(diào)，且經(jīng)過一段時(shí)間的矯治后可改善面型、排齊牙列以及提高咀嚼效能。

3、傳統(tǒng)的正畸臨床操作中，尤其是托槽粘貼操作，主要依靠正畸醫(yī)師手工完成，對醫(yī)生經(jīng)驗(yàn)和手工操作精細(xì)程度要求比較高，且人為操作誤差大、操作技術(shù)參差性大，造成正畸臨床治療操作技術(shù)門檻高、治療不規(guī)范等問題，臨床上為提高托槽粘接精確度，提出間接粘接的方法，即設(shè)計(jì)粘接導(dǎo)板輔助托槽位置的轉(zhuǎn)移。但是，在這種輔助方法下，仍然對醫(yī)生的手動(dòng)操作力度、精度提出了極高的要求。

4、專利申請cn116737031a公開了一種基于混合現(xiàn)實(shí)的牙根信息可視化系統(tǒng)及方法，所述系統(tǒng)包括跟蹤剛體1、跟蹤剛體2、探針、光學(xué)跟蹤設(shè)備、混合現(xiàn)實(shí)眼鏡、棋盤格標(biāo)定板、正畸支抗釘植入導(dǎo)航系統(tǒng)、可視化系統(tǒng)；所述方法包括光學(xué)跟蹤設(shè)備-混合現(xiàn)實(shí)眼鏡標(biāo)定方法和完整牙列虛擬模型-患者現(xiàn)實(shí)空間注冊方法；所述光學(xué)跟蹤設(shè)備-混合現(xiàn)實(shí)眼鏡標(biāo)定方法用于將光學(xué)跟蹤設(shè)備和混合現(xiàn)實(shí)眼鏡的內(nèi)部坐標(biāo)系進(jìn)行統(tǒng)一；所述完整牙列虛擬模型-患者現(xiàn)實(shí)空間注冊方法用于將完整牙列虛擬模型與患者所在現(xiàn)實(shí)空間的坐標(biāo)系進(jìn)行統(tǒng)一。

5、專利申請cn112545650a公開了一種用于牙科的導(dǎo)航定位方法及系統(tǒng)，通過在牙齒保持器上粘連顯影球，將牙齒保持器套設(shè)在患者的目標(biāo)牙列上，通過掃描獲取目標(biāo)牙列和目標(biāo)牙列處口腔頜骨的硬組織與軟組織數(shù)據(jù)，在導(dǎo)航系統(tǒng)中的三維導(dǎo)航圖中建立相應(yīng)的帶顯影點(diǎn)的目標(biāo)牙列基準(zhǔn)空間三維模型；在術(shù)前通過手術(shù)器械點(diǎn)擊顯影球使目標(biāo)牙列與基準(zhǔn)空間三維模型進(jìn)行匹配完成目標(biāo)牙列的基準(zhǔn)定位，術(shù)中設(shè)置在口腔中的定位桿通過第一視覺配合設(shè)置在手術(shù)器械的第二視覺實(shí)時(shí)獲取口腔中目標(biāo)牙列的位置和姿態(tài)，以及獲取手術(shù)器械的位置和姿態(tài)，并在基準(zhǔn)空間三維模型中三維坐標(biāo)系中進(jìn)行空間位置的標(biāo)記，實(shí)現(xiàn)在術(shù)中實(shí)時(shí)追蹤定位手術(shù)器械與目標(biāo)牙列之間的位置關(guān)系。

6、專利申請cn101249001a還公開了一種口腔正畸種植體支抗三維影像導(dǎo)航定位方法及專用裝置，其利用紅外線攝像鏡頭發(fā)射或接受紅外線，通過追蹤自行設(shè)計(jì)的口腔正畸種植體支抗定位裝置上的紅外線反射球的位置來確定該裝置的具體位置，并將信號傳回計(jì)算機(jī)，使定位裝置的位置在病人術(shù)前或術(shù)中影像資料上顯示出來。通過軟件與術(shù)前已確定的定位裝置的三維空間方位進(jìn)行比對，利用相連的機(jī)械手臂調(diào)整定位裝置方位，使其符合術(shù)前設(shè)計(jì)要求。當(dāng)達(dá)到設(shè)計(jì)位置時(shí)，即可根據(jù)立體定向裝置指引的方位、深度，準(zhǔn)確植入種植體支抗。

7、但是，傳統(tǒng)的手術(shù)機(jī)器人對于硬件設(shè)備的性能要求較高，不利于實(shí)際應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種正畸機(jī)器人的導(dǎo)航方法，部分地解決或緩解現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，能夠通過分段導(dǎo)航的方式，降低實(shí)時(shí)導(dǎo)航的運(yùn)算壓力。

2、為了解決上述所提到的技術(shù)問題，本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明的第一方面，在于提供一種正畸機(jī)器人的導(dǎo)航方法，包括步驟：

4、s100，設(shè)置參照標(biāo)志，所述參照標(biāo)志包括：設(shè)置在開口器上的至少一個(gè)第一目標(biāo)位置的第一參照標(biāo)志，以及設(shè)置在所述開口器上的另外的至少一個(gè)第一目標(biāo)位置的第二參照標(biāo)志，所述開口器被佩戴在對象的口腔中，以對所述口腔進(jìn)行撐開固定；其中，所述第一目標(biāo)位置包括以下一種或多種：所述開口器上對應(yīng)唇珠、唇峰、唇紅、牙列中線的位置；

5、s101，采用光學(xué)定位相機(jī)定義第一空間坐標(biāo)系，所述第一空間坐標(biāo)系用于定義當(dāng)前所述第一參照標(biāo)志和所述第二參照標(biāo)志的第一坐標(biāo)；

6、s102，提供預(yù)設(shè)的用于模擬所述口腔和所述開口器的目標(biāo)模型，所述目標(biāo)模型通過第二空間坐標(biāo)系定義至少一個(gè)參照標(biāo)志與目標(biāo)點(diǎn)或牙齒之間的相對位置；所述目標(biāo)點(diǎn)為所述正畸機(jī)器人在所述牙齒上安裝托槽時(shí)所處的位置；

7、s103，采用坐標(biāo)系配準(zhǔn)算法對所述第一空間坐標(biāo)系和所述第二空間坐標(biāo)系進(jìn)行配準(zhǔn)，并通過所述第一坐標(biāo)對應(yīng)轉(zhuǎn)換得到所述目標(biāo)點(diǎn)或所述牙齒在所述第一空間坐標(biāo)系下的第一測量坐標(biāo)；

8、s104根據(jù)所述第一測量坐標(biāo)確定第一導(dǎo)航點(diǎn)，所述正畸機(jī)器人在第一速度下運(yùn)動(dòng)至所述第一導(dǎo)航點(diǎn)，所述第一導(dǎo)航點(diǎn)與所述第一測量坐標(biāo)之間的第一間距大于設(shè)定的第一閾值；

9、s105當(dāng)所述正畸機(jī)器人運(yùn)動(dòng)至所述第一導(dǎo)航點(diǎn)時(shí)，獲取第二時(shí)刻下的所述第一參照標(biāo)志、所述第二參照標(biāo)志在所述第一空間坐標(biāo)下的第二坐標(biāo)；

10、s106計(jì)算所述第一坐標(biāo)和第二坐標(biāo)的至少一個(gè)第一差值；

11、s107判斷所述第一差值是否小于設(shè)定的第一差值閾值，若是，則允許所述正畸機(jī)器人從所述第一導(dǎo)航點(diǎn)繼續(xù)運(yùn)動(dòng)至所述第一測量坐標(biāo)。

12、在一些實(shí)施例中，在s103步驟之前，還包括：

13、獲取所述第一時(shí)刻下的所述口腔及所述開口器在所述第一拍攝角度下的第一圖像；其中，所述第一圖像顯示有第二目標(biāo)位置；所述第二目標(biāo)位置包括以下一種或多種：唇珠、唇峰、唇紅、切牙、尖牙、前磨牙、磨牙；

14、獲取所述目標(biāo)模型在所述第一拍攝角度下的第二圖像；

15、計(jì)算所述第一圖像中的所述第一目標(biāo)位置與所述第二目標(biāo)位置之間的第一目標(biāo)間隔d1，以及計(jì)算所述第二圖像中的對應(yīng)所述第一目標(biāo)位置與所述第二目標(biāo)位置之間的第二目標(biāo)間隔d2；

16、計(jì)算所述第一目標(biāo)間隔d1和所述第二目標(biāo)間隔d2之間的第一差值比例x1；其中，x1＝|d1-d2|/d1；或者，x1＝|d1-d2|/d2；

17、判斷所述第一差值比例x1是否小于預(yù)設(shè)的第二差值閾值；

18、若是，則允許執(zhí)行s103；若否，則向用戶發(fā)出第一錯(cuò)位提示信號。

19、在一些實(shí)施例中，在s102步驟之前，還包括：

20、采集佩戴所述開口器的所述對象的多張照片，所述照片包括：至少一個(gè)參照標(biāo)志以及至少一個(gè)牙齒，且所述多張照片中任意兩張所述照片均存在重疊部分；

21、根據(jù)所述多張照片創(chuàng)建出對應(yīng)的所述目標(biāo)模型，所述目標(biāo)模型用于描述所述開口器與所述牙齒在所述第二空間坐標(biāo)系下的位置關(guān)系；

22、通過所述目標(biāo)模型確定所述正畸機(jī)器人在所述第二空間坐標(biāo)系下運(yùn)動(dòng)至最終目標(biāo)點(diǎn)的空間坐標(biāo)。

23、在一些實(shí)施例中，所述照片為ct掃描照片或標(biāo)準(zhǔn)正畸口內(nèi)相。

24、在一些實(shí)施例中，所述正畸機(jī)器人的末端設(shè)置有抓取機(jī)構(gòu)，所述抓取機(jī)構(gòu)用于抓取至少一個(gè)托槽。

25、在一些實(shí)施例中，所述正畸機(jī)器人鄰近其末端處還設(shè)置有微型相機(jī)。

26、在一些實(shí)施例中，從所述第一導(dǎo)航點(diǎn)繼續(xù)運(yùn)動(dòng)至所述第一測量坐標(biāo)的步驟包括：

27、確定第二導(dǎo)航點(diǎn)，所述第二導(dǎo)航點(diǎn)與所述目標(biāo)點(diǎn)之間的間距為小于第二閾值；

28、當(dāng)所述正畸機(jī)器人以第二速度運(yùn)動(dòng)至所述第二導(dǎo)航點(diǎn)時(shí)，通過設(shè)置在所述正畸機(jī)器人鄰近末端位置的微型相機(jī)獲取所述口腔在第二拍攝角度下的第三圖像；

29、獲取所述目標(biāo)模型在所述第二拍攝角度下的第四圖像；

30、計(jì)算所述第三圖像中的所述第一目標(biāo)位置與所述第二目標(biāo)位置之間的第三目標(biāo)間隔d3，以及計(jì)算所述第四圖像中的對應(yīng)所述第一目標(biāo)位置與所述第二目標(biāo)位置之間的第四目標(biāo)間隔d4；

31、計(jì)算所述第三目標(biāo)間隔d3和所述第四目標(biāo)間隔d4之間的第二差值比例x2；

32、其中，x2＝|d3-d4|/d3；或者x2＝|d3-d4|/d4；

33、判斷所述第二差值比例x2是否小于預(yù)設(shè)的第三差值閾值；

34、若否，則向用戶發(fā)出第二錯(cuò)位提示信號。

35、在一些實(shí)施例中，在s105步驟之前，還包括：

36、判斷是否存在未被遮擋的至少兩個(gè)參照標(biāo)志；

37、若是，則執(zhí)行步驟s105；

38、若否，則執(zhí)行以下步驟：

39、獲取未被遮擋的所述參照標(biāo)志和所述牙齒在第三拍攝角度下的第五圖像；

40、獲取所述目標(biāo)模型在所述第三拍攝角度下的第六圖像；

41、計(jì)算所述第五圖像中的所述第一目標(biāo)位置與所述第二目標(biāo)位置之間的第五目標(biāo)間隔d5，以及計(jì)算所述第六圖像中的對應(yīng)所述第一目標(biāo)位置與所述第二目標(biāo)位置之間的第六目標(biāo)間隔d6；

42、計(jì)算所述第五目標(biāo)間隔d5和所述第六目標(biāo)間隔d6之間的第三差值比例x3；

43、其中，x3＝|d5-d6|/d5；或者x3＝|d5-d6|/d6；

44、判斷第三差值比例x3是否小于設(shè)定的第四差值閾值，若是，則允許所述正畸機(jī)器人從所述第一導(dǎo)航點(diǎn)繼續(xù)運(yùn)動(dòng)至所述第一測量坐標(biāo)。

45、在一些實(shí)施例中，所述參照標(biāo)志為光學(xué)標(biāo)志。

46、本發(fā)明還提供了一種正畸機(jī)器人的導(dǎo)航系統(tǒng)，包括：

47、第一定位模塊，用于采用光學(xué)定位相機(jī)定義第一空間坐標(biāo)系，所述第一空間坐標(biāo)系用于定義當(dāng)前第一參照標(biāo)志和第二參照標(biāo)志的第一坐標(biāo)；所述第一參照標(biāo)志設(shè)置在開口器上的至少一個(gè)第一目標(biāo)位置，所述第二參照標(biāo)志設(shè)置在開口器上的至少一個(gè)第二目標(biāo)位置；所述開口器被佩戴在對象的口腔中，以對所述口腔進(jìn)行撐開固定；其中，所述第一目標(biāo)位置包括以下一種或多種：所述開口器上對應(yīng)唇珠、唇峰、唇紅、牙列中線的位置；

48、第二定位模塊，用于提供預(yù)設(shè)的用于模擬所述口腔和所述開口器的目標(biāo)模型，所述目標(biāo)模型通過第二空間坐標(biāo)系定義至少一個(gè)參照標(biāo)志與目標(biāo)點(diǎn)或牙齒之間的相對位置；所述目標(biāo)點(diǎn)為所述正畸機(jī)器人在所述牙齒上安裝托槽時(shí)所處的位置；

49、第三定位模塊，用于采用坐標(biāo)系配準(zhǔn)算法對所述第一空間坐標(biāo)系和所述第二空間坐標(biāo)系進(jìn)行配準(zhǔn)，并通過所述第一坐標(biāo)對應(yīng)轉(zhuǎn)換得到所述目標(biāo)點(diǎn)或所述牙齒在所述第一空間坐標(biāo)系下的第一測量坐標(biāo)；

50、第一導(dǎo)航點(diǎn)計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述第一測量坐標(biāo)確定第一導(dǎo)航點(diǎn)，所述正畸機(jī)器人在第一速度下運(yùn)動(dòng)至所述第一導(dǎo)航點(diǎn)，所述第一導(dǎo)航點(diǎn)與所述第一測量坐標(biāo)之間的第一間距大于設(shè)定的第一閾值；

51、第四定位模塊，用于當(dāng)所述正畸機(jī)器人運(yùn)動(dòng)至所述第一導(dǎo)航點(diǎn)時(shí)，獲取第二時(shí)刻下的所述第一參照標(biāo)志、所述第二參照標(biāo)志在所述第一空間坐標(biāo)下的第二坐標(biāo)；

52、第一差值計(jì)算模塊，用于計(jì)算所述第一坐標(biāo)和第二坐標(biāo)的至少一個(gè)第一差值；

53、第一導(dǎo)航判斷模塊，用于判斷所述第一差值是否小于設(shè)定的第一差值閾值，若是，則允許所述正畸機(jī)器人從所述第一導(dǎo)航點(diǎn)繼續(xù)運(yùn)動(dòng)至所述第一測量坐標(biāo)。

54、有益技術(shù)效果：

55、本發(fā)明提供了一種基于有限光學(xué)標(biāo)記實(shí)現(xiàn)的分段式導(dǎo)航方法，這種基于有限光學(xué)標(biāo)記所實(shí)現(xiàn)的分段式導(dǎo)航方法能夠在一定程度上減小正畸過程中機(jī)器人導(dǎo)航的實(shí)時(shí)運(yùn)算壓力，進(jìn)而降低機(jī)器人設(shè)備的應(yīng)用成本。

56、具體地，本發(fā)明的分段導(dǎo)航可以與醫(yī)生遠(yuǎn)程操作相結(jié)合：通過第一、第二導(dǎo)航點(diǎn)的選取及分段導(dǎo)航，能夠快速地將機(jī)器人定位導(dǎo)航至可操作區(qū)(當(dāng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)至可操作區(qū)時(shí)，機(jī)器人能夠僅通過微小位移量完成托槽的定位安裝)，后續(xù)的精準(zhǔn)定位、安裝則由醫(yī)生手動(dòng)控制機(jī)器人坐標(biāo)來完成，由此可以減輕醫(yī)生的手動(dòng)操作勞動(dòng)量。

57、對于醫(yī)療資源較為匱乏的偏遠(yuǎn)地區(qū)，其難以承擔(dān)配置高精度醫(yī)療設(shè)備的經(jīng)濟(jì)成本。而本發(fā)明所提供的一種基于分段導(dǎo)航所實(shí)現(xiàn)的半自動(dòng)操作機(jī)器人，能夠有效地降低機(jī)器人自動(dòng)導(dǎo)航的運(yùn)算壓力，進(jìn)而降低機(jī)器人對于硬件性能的要求，減小實(shí)施成本。

58、當(dāng)機(jī)器人與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相連接時(shí)，醫(yī)生可以借助機(jī)器人實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程正畸操作。例如，當(dāng)患者的錯(cuò)頜畸形缺陷比較嚴(yán)重，需要請外地醫(yī)生進(jìn)行協(xié)助時(shí)，或者當(dāng)醫(yī)生由于一些原因未能趕到正畸現(xiàn)場時(shí)，則可以通過控制機(jī)器人的方式完成正畸操作。