CN109700532A - 个体化颅颌面部导航配准导板及其配准方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于颅颌面外科技术领域，尤其为个体化颅颌面部导航配准导板及其配准方法，包括咬合板和配准标志点，所述配准标志点为直径1mm、深度1mm的锥体；通过计算机进行设计，其主要结构包括两部分，即能与上颌牙列紧密接触的咬合板部分，以及离散分布在导板侧边和翼部的用于点配准的配准标志点。患者仅需在初诊时拍摄一次影像学检查，可避免二次辐射伤害；同时制备上颌牙列的石膏模型。个体化颅颌面部导航配准导板是一种新颖的导板，结合了计算机辅助设计技术、三维打印技术及导航技术；其相应的配准方法利用虚拟设计的配准标志点完成系统配准，是一种创新的配准方法。

Description

个体化颅颌面部导航配准导板及其配准方法

技术领域

本发明属于颅颌面外科技术领域，具体涉及一种个体化颅颌面部导航配准导板及其配准方法。

背景技术

配准是实施外科导航技术的重要过程。配准技术作为光学导航中的关键核心技术，直接关系到整个系统的精度和计算机辅助手术的成败。所谓配准，是指虚拟坐标系，即手术前获取的CT、MRI等单模或多模医学影像经过医学影像处理后，在计算机图像空间形成的坐标系，与世界坐标系，即手术中导航系统的定位装置和手术区域解剖结构的实际空间位置构建成的坐标系，使两者在导航系统中建立准确的对应关系，使其能将跟踪到探针、手术器械和患者的运动正确实时反映在计算机屏幕上。

目前，常用的配准方法可以归纳为点配准和面配准。点配准，即术前在患者手术区域附近植入影像学可显影的螺钉，或者在软组织表面黏贴影像学可显影的标志物，再进行CT扫描获取原始数据，重建患者带有配准标定点的术区三维图像进行系统配准；利用患者自身特殊刚性结构，如牙齿的特殊位点、骨骼突出点或凹陷点等，进行系统配准；还有学者，在咬合板上包埋螺钉或填塞牙科材料作定位标记，进行系统配准。面配准，即使用激光扫描成像技术，或者使用导航探针直接滑动获取，利用人体自身的解剖结构，主要是额部或眼眶周围的皮肤表面作为标志面，进行系统配准。

然而，本发明者在临床工作中发现，导航辅助的颅颌面外科手术(不包括下颌骨)，利用点配准，术前需要在患者的上颌骨牙槽骨植入4-5枚钛钉作为配准标志点，而且需要进行二次CT检查而使钛钉显影，从而使钛钉能够被导航系统识别，植入钛钉在局麻下进行，但是对患者的有创操作，部分患者在钛钉植入后会有不适感，甚至强烈的疼痛感，而需要服用止痛药，而且再次的CT检查会给患者造成二次辐射损伤。

在颅颌面部黏贴可被影像学检查显影的标志物，进行点配准，存在术前或术中脱落的风险，而影响导航的配准过程，而用自凝塑料制作的咬合板，并在咬合板内包埋螺钉或牙科材料作为标志物，进行点配准，术前需要较长的准备时间，同样，以上两种方法，为了使标志物显影，再次的CT检查也会给患者造成二次辐射损伤。

利用解剖标志点进行点配准，通常会选取上颌牙齿的牙尖、牙窝或者沟隙，然而CT检查对牙齿存在一定的放大率，也无法清晰显示上述结构，使患者实际的解剖结构与影像学数据的结构间产生误差，而增加导航系统的目标配准误差，而且，上述结构，均与上颌咬合平面邻近，即离散度较低，这样会导致导航系统对远离上颌牙齿的手术区域解剖结构的目标配准误差增大，所以，解剖标志点，不能作为颅颌面部导航手术进行点配准的最佳选择。

因此，本发明为全新设计的一种个体化颅颌面部导航配准导板及其配准方法，针对不同患者进行个体化设计，利用该导板进行点配准，是一种无创的、能够避免二次辐射损伤的新型方法，其精度得到进一步验证后，能够在颅颌面部的病例里推广及广泛应用。

发明内容

为解决上述背景技术中提出的问题。本发明提供了一种个体化颅颌面部导航配准导板及其配准方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：个体化颅颌面部导航配准导板，包括咬合板，以及离散分布在导板侧边和翼部的虚拟配准标志点，所述配准标志点为直径1mm、深度1mm的锥体。

优选的，所述咬合板和配准标志点的材质相同。

个体化颅颌面部导航配准导板的配准方法，包括以下步骤：

S1、患者初诊时仅需完成两项检查：(1)、完成影像学检查，拍摄范围为颅顶至舌骨水平；(2)、制取患者上颌牙列的石膏模型，通过计算机进行设计，利用三维打印机进行加工和制作。

S2、(1)、影像学数据存为DICOM格式，导入计算机的设计软件中，并重建为三维颅颌面骨骼模型；(2)、石膏牙模通过激光扫描仪，存为STL格式的三维虚拟牙模；(3)、将三维虚拟上颌牙模的牙列部分，替代三维颅颌面骨骼模型的上颌牙列部分，存为新的三维颅颌面骨骼模型；(4)、在新的三维颅颌面骨骼模型上，通过逆向反求算法，设计咬合板；(5)、导板的侧边和翼部设计离散分布的虚拟配准标志点。

S3、(1)、将新的三维颅颌面骨骼模型和个体化颅颌面部导航配准导板，以及手术模拟方案，存为STL格式，导入导航系统软件；(2)、导航参考架安装在患者额部；(3)、在导航系统中，利用导航配准导板的虚拟配准标志点，依次用导航探针点取导板上相应的点，完成系统配准。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：为了避免植入钛钉对患者产生的伤害，简化术前准备的流程，缩短术前准备时间，使患者避免二次辐射伤害，本发明设计和制作了新型的个体化颅颌面部导航配准导板。个体化颅颌面部导航配准导板，通过计算机进行设计，其主要结构包括两部分，即能与上颌牙列接触的咬合板部分，以及用于点配准的配准标志点。咬合板部分能与上颌牙齿紧密接触；配准标志点可以离散分布地设计在导板的侧边和翼部。患者仅需在初诊时拍摄一次影像学检查，可避免二次辐射伤害；同时制备上颌牙列的石膏模型。个体化颅颌面部导航配准导板是一种新颖的导板，结合了计算机辅助设计技术、三维打印技术及导航技术；其相应的配准方法利用虚拟设计的配准标志点完成系统配准，是一种创新的配准方法。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明正视的结构示意图；

图2为本发明俯视的结构示意图；

图3为三维颅颌面骨骼模型；

图4为新的三维颅颌面骨骼模型，圈内为替换后的上颌牙列部分；

图5为个体化颅颌面部导航配准导板的设计原理；

图6为术中进行系统配准的示意图；

图中：1、咬合板；2、配准标志点。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

请参阅图1-6，本发明提供以下技术方案：个体化颅颌面部导航配准导板，包括咬合板1，以及离散分布在导板侧边和翼部的虚拟配准标志点2，所述配准标志2点为直径1mm、深度1mm的锥体。

具体的，所述咬合板1和配准标志点2的材质相同。

个体化颅颌面部导航配准导板的配准方法，包括以下步骤：

S1、患者初诊时仅需完成两项检查：(1)、完成影像学检查，拍摄范围为颅顶至舌骨水平；(2)、制取患者上颌牙列的石膏模型，通过计算机进行设计，利用三维打印机进行加工和制作。

S2、(1)、影像学数据存为DICOM格式，导入计算机的设计软件中，并重建为三维颅颌面骨骼模型；(2)、石膏牙模通过激光扫描仪，存为STL格式的三维虚拟牙模；(3)、将三维虚拟上颌牙模的牙列部分，替代三维颅颌面骨骼模型的上颌牙列部分，存为新的三维颅颌面骨骼模型；(4)、在新的三维颅颌面骨骼模型上，通过逆向反求算法，设计咬合板；(5)、导板的侧边和翼部设计离散分布的虚拟配准标志点。

S3、(1)、将新的三维颅颌面骨骼模型和个体化颅颌面部导航配准导板，以及手术模拟方案，存为STL格式，导入导航系统软件；(2)、导航参考架安装在患者额部；(3)、在导航系统中，利用导航配准导板的虚拟配准标志点，依次用导航探针点取导板上相应的点，完成系统配准。

配准完成后，在导航辅助下，医生可以根据术前手术模拟方案，完成手术。导航配准导板不妨碍医生的手术操作。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.个体化颅颌面部导航配准导板，包括咬合板，其特征在于：所述咬合板的侧边和导板的翼部设计离散分布的虚拟配准标志点，所述配准标志点为直径1mm、深度1mm的锥体。

2.根据权利要求1所述的个体化颅颌面部导航配准导板，其特征在于：所述咬合板和配准标志点的材质相同。

3.个体化颅颌面部导航配准导板的配准方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、患者初诊时仅需完成两项检查：(1)、完成影像学检查，拍摄范围为颅顶至舌骨水平；(2)、制取患者上颌牙列的石膏模型，通过计算机进行设计，利用三维打印机进行加工和制作。

S2、(1)、影像学数据存为DICOM格式，导入计算机的设计软件中，并重建为三维颅颌面骨骼模型；(2)、石膏牙模通过激光扫描仪，存为STL格式的三维虚拟牙模；(3)、将三维虚拟上颌牙模的牙列部分，替代三维颅颌面骨骼模型的上颌牙列部分，存为新的三维颅颌面骨骼模型；(4)、在新的三维颅颌面骨骼模型上，通过逆向反求算法，设计咬合板；(5)、导板的侧边和翼部设计离散分布的虚拟配准标志点。

S3、(1)、将新的三维颅颌面骨骼模型和个体化颅颌面部导航配准导板，以及手术模拟方案，存为STL格式，导入导航系统软件；(2)、导航参考架安装在患者额部；(3)、在导航系统中，利用导航配准导板的虚拟配准标志点，依次用导航探针点取导板上相应的点，完成系统配准。