Стоматологический робот

Изобретение относится к медицине, а именно к медицинской технике, и может быть использована в хирургической стоматологии и челюстно-лицевой хирургии, а также в ортопедической стоматологии. Устройство позволяет повысить качество позиционирования и установки дентальных имплантатов, а также увеличить точность сошлифовывание твердых тканей зубов.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение точности позиционирования дентальных имплантатов и точности реализации протокола дентальной имплантации.

Проблема точной установки имплантатов с применением робот-ассистированных систем в дентальной имплантологии решается различными способами. Так известен прототип патент US 201603541, представляющий собой устройство, включающее в себя две кинематические конструкции, одна из которых была оснащена наконечником физиодиспенсера, а вторая неподвижно фиксировалась относительно челюсти, в которую устанавливался дентальный имплантат. Устройство позволяло в автоматическом режиме отслеживать траекторию перемещения челюсти, в которую устанавливается имплантат и одновременно производить его установку. В связи с тем, что устройство обладало элементами искусственной нейронной сети, его можно отнести к роботизированным системам. Недостатками данного изобретения является недостаточное обеспечение неподвижности челюсти при инсталляции дентальных имплантатов.

Проблема одонтопрепарирования с использованием робот-ассистированных систем в ортопедической стоматологии решается различными способами. Так известен прототип патент US 20160367336 А1. Внутриротовой участок устройства представляет собой прямоугольный металлический "корпус-каппу", которая неподвижно фиксируется относительно препарируемого зуба. К внутриротовой части устройства неподвижно закреплен генератор лазерного излучения. Внутри "корпуса-каппы" располагается одна фокусирующая линза направляющая лазерный луч в 6-и направлениях на ткани зуба в соответствии с планом препарирования. Толщина одного слоя препарирования реализуемое устройством 46 μm, точность одного шага 1 μm. Сравнение сканированных 3D параметрических моделей полученных до одонтопрепарирования с моделями полученными после одонтопрепарирования показала погрешность в пределах 0,05-0,17 мм. Средняя погрешность "селективного" препарирования окклюзионных поверхностей составила 0,097 мм, при этом средняя погрешность угловых отклонений составила один градус. Время, препарирования с устройством в среднем составляло 17 минут.

Основным недостатком предлагаемого способа является наличие стандартной каппы, фиксация которой требует изготовления индивидуальной пластмассовой внутренней части, что в свою очередь может привести к накоплению значительного количества погрешностей при одонтопрепарировании.

Ближайшим техническим решением является патент US CN 107582193 A 2018 год. Устройство включает в себя промышленный робот-манипулятор (адаптированный под медицинские цели) с несколькими кинематическими звеньями. Перед операцией в соответствии с клинической картиной на КТ снимке выбиралась позиция и глубина установки имплантата, полученные данные загружались в контроллер устройства. Пациент усаживался в кресло. Относительно устройства производилась калибровка положения головы пациента. Контроль передвижения головы пациента относительно устройства обеспечивалось благодаря неподвижно фиксированным видео-трекером расположенным на челюсти пациента и наконечнике физиодиспенсора. В процессе работы одновременно за двумя маркерами наблюдает машинное зрение и обеспечивало обратную связь между роботом и пациентом. При такой архитектуре устройства во время операции не требуется неподвижная фиксация головы пациента. При непосредственной постановке имплантата система фиксирует любое перемещение головы пациента и соответственно этому в автоматическом режиме совершает соразмерное движение в ее сторону, компенсируя негативное влияние человеческого фактора. Однако система контроля движения наконечника и головы в указанном устройстве применяла роботизированное зрение. В описанном устройстве FPS составляло 25. Это определяло высокую степень погрешности слежения за объектами, над которыми производится оперативное вмешательство. Устройство представляло собой "кинематическую руку". Устройство обладало крупными габаритами и из-за этого требовалось значительное пространство вокруг аппарата, необходимое для его работы.

Поставленная цель достигается следующим образом. Перед началом работы с устройством получают цифровые данные о трехмерной геометрии челюстно-лицевой области на основе DICOM данных, оптических 3D внутриротовых сканеров, оптических 3D сканеров инженерного назначения. На основе этих данных формируют трехмерную модель в STL-формате, а затем в формате Parasolid. Основываясь на геометрии виртуальной челюсти в формате Parasolid формируется трехмерная траектория движения костной фрезы относительно рабочей челюсти. Станина станка и челюсть остаются неизменными. В устройстве реализованы 2 режима фиксации относительно рабочей челюсти: неподвижная и подвижная (Фиг. 1.)

Этап калибровки реальной модели относительно цифровой проходит через этап зондирования. Трех осевой станок с числовым программным управлением, основываясь на непосредственном зондировании твердых тканей зубов, расположенных в полости рта, калибровочным бором либо калибровочной костной фрезой получает информацию о форме зубов и их расположению на "рабочей челюсти". На основе полученных данных в компьютере позиционируется трехмерная "рабочая челюсть" относительно реальной челюсти. На основании полученной информации дается поправка к ранее сформированному G-коду. G-код с поправкой передается на станок с числовым программным управлением. Станок в режиме обработки производит инсталляцию дентальных имплантатов по сформированному G-коду с поправкой. На протяжении всей работы система координирует пространственное положение костной фрезы относительно рабочей челюсти.