[發明專利]種植機器人制備種植窩時的溫度感知鉆針與自適應控制方法

在審

• 申請號: 202010316559.0
• 申請日: 2020-04-21
• 公開（公告）號: CN111552335A
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: 劉云峰;袁子茜;闞天舒;程康杰;姜獻峰;董星濤
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G05D23/275
• 分類號: G05D23/275;G05B13/04;A61C8/00
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司 33241
• 代理人: 王利強

一種種植機器人制備種植窩時的溫度感知鉆針，包括溫度感知鉆針本體，本體的一端為連接部，本體的另一端為鉆尖端，所述本體為空心結構，空心內部劃分為四個區域，分別為溫感區、移動區、復位區、信號發生區以及密封及信號傳導區，溫感區內充填溫敏石蠟或者其他熱敏介質，移動區放置活塞，所述復位區放置復位彈簧，信號發生區放置信號發生器如RFID無線信號發生裝置，密封及信號傳導區充填了用于密封的密封材料并放置了用于傳導信號的傳導片。以及提供一種種植機器人制備種植窩時的溫度感知鉆針的自適應控制方法。本發明實時監測鉆針溫度，保證窩洞制備效率，同時在溫度達到設定最高闕值時自動降低制備參數保證種植的溫度安全，避免骨損傷。

技術領域

本發明涉及口腔種植技術領域，尤其是一種用于種植機器人制備種植窩時的溫度感知鉆針與溫度自適應控制方法。

背景技術

種植牙是目前缺牙的主要修復手段，是在缺牙區牙槽骨內通過手術植入人工種植體，并在骨組織與種植體緊密結合形成良好“骨結合”后，在其上連接基臺和牙冠，以恢復患者口腔咀嚼、發音等功能。種植修復相較于傳統的固定義齒和活動義齒修復具有無需磨削鄰牙即可保持牙列缺損患者外形美觀、恢復口腔正常咬合力和咀嚼功能等優點,因此，種植牙已成為缺牙修復的首選方式。被譽為人類的“第三副牙齒”。

種植體與牙槽骨間形成良好“骨結合”是保證種植體長期穩定性進而提高種植修復成功率的核心。而種植窩洞中骨組織良好的活性是形成骨與種植體間良好“骨結合”的必要條件。口腔種植臨床研究表明，當種植備孔時窩洞內的溫度超過47度達到一分鐘，將導致骨組織不可逆的灼傷壞死，從而使種植體與骨結合困難而導致種植失敗。因引，在牙槽骨上鉆削進行種植窩洞制備時必須對鉆削溫度進行控制。

然而，目前臨床上采用的自由手、靜態導板和動態導航三種主要的種植操作技術，都需要醫生憑手感完成窩洞制備操作。雖然靜態導板和動態導航技術可以保證種植體植入后較高的幾何位置精度，但由于缺乏實時的溫度感知手段，這三種手術操作方式在溫度控制方面只能依賴醫生經驗通過多次提拉鉆頭并沖冷卻水進行降溫，對窩洞內實際的冷卻效果和骨組織的溫度并無可靠的測量評估手段和準確控制的技術，既無法保證手術的成功率又影響手術效率。

近年來，隨著機器人的快速發展，其應用領域不斷擴張，依靠著精準性、穩定性、安全性的特點，機器人在口腔種植領域的應用也得到了有效推動，2017年，美國的YOMI輔助式種植機器人系統獲得FDA的批準，并已推廣應用。口腔種植機器人能夠不受人為因素干擾精準穩定的進行種植窩洞的制備，但是現有的口腔種植機器人主要關心的是種植精度的控制，而對于窩洞制備時的骨組織溫度無過多關注，同樣缺少有效的溫度感知和控制手段。

種植窩洞制備時，鉆針深入骨組織內部，且旋轉較快，常規的紅外測溫只能獲取表面溫度，而測溫熱電偶或電阻有導線連接到外部無法適應旋轉工具的測溫，因此目前對窩洞制備時骨-鉆針界面的溫度實時測量還缺少有效辦法，即使在工業領域的鉆削加工時，對孔內壁的溫度也缺乏實時測量手段。

如果將鉆針加工成空心結構，并在其中加入能感知溫度的熱敏介質和相應的信號傳輸機構，將可以解決骨-鉆針界面溫度的實時感知問題。在各種熱敏介質中，固體石蠟近年來受到較多關注。由于石蠟熔化為液體時，體積急劇增加11％-15％，當由液相返回固相時，又立刻發生相同量的體積收縮，這種固、液相間的體積的顯著差異，結合石蠟的固、液相的自由可逆變化，已被用在發動機自控感溫元件上，成為石蠟的一種很重要的新用途。同時，在熔點溫度附近下，石蠟的體膨脹率與溫度幾乎呈線性規律變化，可以根據系統對溫度的要求來選擇不同熔點的石蠟。因此，如果石蠟作為空心鉆針內的熱敏溫度感知介質，利用其體膨脹與溫度線性關系，將可以有效實現種植機器人在窩洞預備時的溫度感知。

種植窩洞制備的實質是鉆削加工，因此窩洞內的熱與溫度分布符合切削加工的熱和溫度理論。根據切削加工溫度場理論，鉆削熱和溫度分布與包括鉆針轉速、進給力、進給速度的鉆削參數相關，因此通過實時的溫度感知，并根據感知到的窩洞內溫度相應調節窩洞制備的鉆針參數，可實現窩洞內骨組織溫度的自適應控制。

發明內容